Verfahren zur Herstellung von Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen und bezweckt, auf eine neue, vorteilhafte Weise den in den @ein- zelnen Kolbenzonen unterschiedlichen Bean spruchungen und den dort gewünschten Werkstoffeigenschaften Rechnung zu tragen.
Der Boden eines Dieselmotors kann zum Beispiel im Betrieb an der Einspritzstelle bis zu etwa 440 C erhitzt werden und -dabei Explosionsdrücke bis zu 90 at aufnehmen müssen. Diese Beanspruchungen würden zweifellos zur Zerstörung des Kolbenbodens führen, der infolge dieser Hochbeanspruchun- gen Risse erhalten und dann durchbrennen würde, wenn der Werkstoff nicht gute Wärmeleitfähigkeit, Festigkeit und Deh nungsfähigkeit besitzen würde.
Demgegen über ist für die Laufflächenzone des Kolbens ein Werkstoff von grosser Verschleissfestig keit mit Rücksicht auf die ständige gleitende Reibung im Zylinder notwendig. Ausserdem sollte aber die Wärmeausdehnungsziffer .des Kolbenwerkstoffes in dieser Laufzone mög lichst klein sein, um ,durch kleine Einbau spiele ein schnelles und klapperfreies Ein laufen des Kolbens erreichen zu können.
Man versuchte, diesen unterschiedlichen Beanspruchungen durch den Bau von so genannten Zweimetallkolben zu begegnen. So sind zum Beispiel Ausführungen bekannt, bei welchen ein Leichtmetallkolben mit einer Schwermetallbodenplatte ausgestattet ist. Be kannt ist ferner, einen Ieichtmetallkolbeii- boden mit einem Stahl- oder Gusseisenmantel durch Vergiessen oder Verschrauben zusam menzufügen.
Zur reihenmässigen Herstellung und Verwendung dieser Kolbenart ist es je doch kaum gekommen. Ihre Herstellung wurde wesentlich verteuert, weil :der Schwer- metallteil des Kolbens gesondert hergestellt wenden musste. Es sind ferner besondere Ko killen nötig, um den Bodenteil mit dem Schwermetallmautel zu vergiessen, oder aber ,die mechanische Zusammenfügung erfordert erheblichen Zeitaufwand.
Schliesslich be- steht auch die Möglichkeit, dass sich der Schwermetallteil nach einer gewissen Be triebsdauer lockert, da die Festigkeit eines homogenen Stückes nicht erreicht werden kann.
Durch,die Erfindung, die ein Verfahren zur Herstellung von Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen betrifft, soll nun ein Kolben geschaffen werden, bei welchem die unterschiedlichen Beanspruchungen und not wendigen Eigenschaften Ader einzelnen Kol benzonen berücksichtigt werden, ohne dass dabei .die oben angegebenen Nachteile der seither bekannten Ausführungen auftreten.
Erfindungsgemäss sollen zur Herstellung -des erfindungsgemässen Kolbens mindestens zwei Leichtmetallegierungen von unterschiedlicher Beschaffenheit in einem zwischen Schmelze und Dickflüssigkeit liegenden Zustand unter Bildung einer Zwischenlegierung in der Grenzzone zusammengefügt werden. Als Grenzzone werden dabei :diejenigen Zonen des Kolbens bezeichnet, wo zwei Legierungen zu sammenstossen.
Auf diese Weise erhält man einen homogenen Körper mit in bestimmten Zonen unterschiedlichen Werkstoffeigen schaften.
Die Erfindung bietet :die Möglichkeit, bis her bewährte Kolbenausführungen aller Art, zum Beispiel Kolben mit Einsatzstreifen zur Regelung der Wärmedehnung, sowie alle Kolbenbauformen beizuhalten, die sich bisher als zweckmässig erwiesen haben.
Unter Be- rücksichtigung der spezifischen Gewichte und der Erstarrungstemperaturen :der ein zelnen Legierungen kann man die Zwischen legierungszone .der einzelnen Schichten fest legen, indem man die zeitliche Folge der ein- zelnen Giessvorgänge entsprechend bemisst und gegebenenfalls die Art des Giessvorgan ges verändert.
So können zum Beispiel beim Giessverfahren die einzelnen flüssigen Legie rungen drucklos oder unter Pressdruck am gleichen Anguss oder getrennt zugeführt wer den. Bei mehreren Angossen können diese in verschiedener Höhenlage angeordnet sein, und je nach den vorliegenden Verhältnissen kann die Ebene der Bodenfläche oder die des Schaftrandes des Kolbens mit der Kokillen grundfläche zusammenfallen.
Man könnte auf die erfindungsgemässe Weise ein aus mehreren Leichtmetallegierungen bestehendes Formstück bilden, das dann im Prel3verfah- ren zu einem Kolbenrohling gepresst werden könnte.
Die Zeichnung zeigt nach dem erfin dungsgemässen Verfahren hergestellte Kolben und anhand dieser Figuren wird das Verfah ren im nachfolgenden beispielsweise erläutert, Fig. 1 zeigt den Längsschnitt eines Kol bens, der aus zwei Legierangsschichten mit im wesentlichen eben verlaufender Grenz zone besteht, während Fig. 2 den Längsschnitt eines Kolbens zeigt, bei welchem eine mehrfache Schich tung verschiedener Legierungen durchgeführt ist und die Grenzzonen kurvenförmig ver laufen.
Benutzt wird zur Herstellung des Kol bens gemäss Fig. 1 eine Giesseinrichtung, bei welcher ein Teil der Kokillenwandung wäh rend des Giessvorganges verschiebbar ist:
Nun wird der verschiebbare Teil .der Kokillen- w andung, der dort in die Kokille eingefügt ist, wo man eine der Leichtmetallegierungen später innerhalb,des Kolbenkörpers angeord net wissen will, nach aussen geschoben und der so entstehende Raum mit der ersten Le gierung 1, zum Beispiel einer Aluminium Kupfer-Legierung von<B>700'</B> C angefüllt. Diese Legierung besitzt bekanntlich eine gute Wärmeleitfähigkeit, sowie gute Festigkeits und Dehnungseigenschaften.
Alsdann wird der verschiebbare Teil der Kokillenwandung wieder einwärts bewegt, während inzwischen die aufgegebene Schmelze in einen zwischen Schmelze und Dickflüssigkeit liegenden Zu stand übergegangen ist, während ihre Tem peratur auf etwa<B>500'</B> C gesunken ist. In diesem Augenblick wird nun die zweite Leichtmetallegierung 2 (zum Beispiel eine Al-Si-Legierung) ebenfalls in einem zwischen Schmelze und Dickflüssigkeit liegenden Zu stand hinzugefügt. Diese Legierung be sitzt vorzugsweise eine geringe Wärmeaus dehnungsziffer und .einen guten Verschleiss- wert.
Man kann sich denken, dass dort, wo diese zuletzt vergossene Legierung auf die erste Legierung auftrifft, ein inniges Ver schmelzen und Verschweissen beider Legie rungen erfolgt. Es bildet sich an der Stelle, wo die Legierungen 1, 2 zusammenstossen -diese .Stelle wird als Grenzzone '3' (h\ig. 1) bezeichnet - eine Zwischenlegierung, die ein Mittelding zwischen :den vergossenen Leicht metallegierungen unterschiedlicher Beschaf fenheit darstellt und somit hinsichtlich ihrer Eigenschaften eine Angleichung nach beiden Richtungen ergibt.
In der Grenzzone sind bei Verwendung der erwähnten Ausgangslegierungen von der Siliziumlegierung kleinere Siliziumkristalle und von der kupferhaltigen Legierung Kup- feraluminid hineingeschwemmt worden.
Der Kolben nach Fig. 2 setzt sich aus mehreren Legierungsschichten 4, 5 und 6 zu sammen. Dabei können die Legierungen 4 und 6 gleiche Beschaffenheit haben. Bei dem gezeichneten Beispiel verlaufen die Grenz zonen bezw. die Zwischenlegierungsschiehten 7 und 8 kurvenförmig. Zuerst wird hier die Legierung 4 vergossen.
Wenn sich die Le- gier-ring in einem zwischen Schmelze und Dickflüssigkeit liegenden Zustand befindet, wird die Legierung 5, die eine andere Be schaffenheit aufweist als die Legierung 4 in einem zwischen Schmelze und Dickflüssig keit liegenden Zustand beigefügt. In eben solchem Zustand wird die Legierung 6 bei gefügt.