CH227662A - Mit Metallschutzschicht versehener Leichtmetallkolben für Verbrennungskraftmaschinen, sowie Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Metallschutzschichten an Leichtmetallkolben. - Google Patents
Mit Metallschutzschicht versehener Leichtmetallkolben für Verbrennungskraftmaschinen, sowie Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Metallschutzschichten an Leichtmetallkolben.Info
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Description
Mit Metallschutzschicht versehener Leichtmetallkolben für Verbrennungskraftmaschinen, sowie Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Retallschutzschichten an Leichtmetallkolben. Zur Steigerung der Lebensdauer der Kol ben oder zur Leistungserhöhung im Motor hat man bereits versucht, Leichtmetallkol ben, also Kolben aus Aluminium oder Magne sium oder aus Legierungen dieser Metalle, mit Metallschutzschichten zu versehen. Das Aufbringen der Schutzmetalle wurde mittels Metallspritzpistole und auf galvanischen Wege versucht. Die auf diese Weise erhalte nen Metallüberzüge sind aber den hohen An forderungen, die an die Kolben während des Betriebes gestellt werden, nicht gewachsen, da sie nur geringe Haftfestigkeit besitzen und sich während des Betriebes leicht von dem Grundmaterial ablösen, wodurch erheb liche Betriebsstörungen hervorgerufen wer den können, wenn die abgeblätterten Teile zwischen die Gleitflächen geraten. Auf über wiegend magnesiumhaltige Kolben ist es zum Beispiel galvanisch überhaupt nicht mög lich, Schutzschichten aufzubringen. Die mit- tels Spritzpistole aufgebrachten Schichten zeigen gegen galvanisch aufgebrachte Schich ten noch geringere Haftfestigkeit. Durch die Erfindung werden diese Nachteile vermieden. Der Gegenstand der Erfindung ist ein Leichtmetallkolben, der dadurch gekenn zeichnet ist, dass er mindestens teilweise mit einer Metallschutzschicht überzogen ist, deren Basis an das Grundmaterial des Kolbens durch Diffusion anlegiert und dadurch mit ihm fest verbunden ist. Die Metallschutz schicht kann dabei vorteilhaft eine Stärke von 0,001 bis einige Millimeter aufweisen. Die Aufbringung der Metallschicht erfolgt dabei vorzugsweise durch Kathodenzerstäu- bung bei 3 bis 0,01 mm Hg Füllgasdruck. Die Aufbringung der Metallschutzschicht kann aber auch im Vakuum durch thermi sche Verdampfung oder bei 3 bis 10-6 mm Füllgasdruck vorgenommen werden. Die Me- tallschutzschicht kann je nach den gestellten Anforderungen aus unterschiedlichem Metall bestehen. So ist es zum Beispiel zweckmässig, auf den Kolbenboden zur besseren Wärme ableitung und Reflexion eine Schutzschicht aus Silber oder Kupfer aufzubringen, wo gegen auf den Kolbenschaft zur Verbesse rung der Laufeigenschaften zweckmässig Schichten aufgebracht werden, die einen ge ringen Verschleiss während des Betriebes auf weisen oder sogar eine Schmierwirkung her vorrufen. Die aufgebrachten Metallschichten sind zweckmässig feinkristallin, weisen zweck mässig eine Stärke von 0,005 bis 0,05 mm bis zu einem oder mehreren Millimetern auf und sind den bisher bekannten Schutzschichten in bezug auf Haftfestigkeit bei weitem über legen und genügen der thermischen und me chanischen Beanspruchung im Betrieb. Die Erfindung betrifft weiter ein Ver fahren zur Herstellung von Leichtmetallkol ben, zum Beispiel solchen aus Aluminium, Magnesium oder Aluminium- bezw. Magne- siumlegierungen, für Verbrennungskraft maschinen, welches sich dadurch auszeichnet, dass das Schutzmetall unter vermindertem Druck und in hochdispersem Zustand, zum Beispiel mittels Kathodenzerstäubung oder thermischer Verdampfung bei Unterdru* bezw. im Vakuum, auf den Leichtmetallkol ben aufgebracht wird. Es können auch meh rere Metallschichten nacheinander durch Ka- thodenzerstäubung bezw. Aufdampfen aufge bracht werden. Die Metallisierung von Leichtmetallkolben durch Kathodenzerstäu- bung bezw. Aufdampfen wird vorteilhaft in einer neutralen oder reduzierenden Atmo sphäre bei Drucken unterhalb 50 mm Hg, vor zugsweise zwischen 5 und 10-6 mm Hg, vor genommen. Zum Anlegieren der Metall , Schutzschicht am Grundmetall durch Ka- thodenzerstäubung bezw. Aufdampfen, wird zweckmässig der Leichtmetallkolben vor, während oder nach der kathodischen Metal- lisierung bezw. Aufdampfung, vorzugsweise in der Kathodenzerstäubungs- bezw. Auf- dampfungskammer selbst, auf die Legie- rungs- bezw. Diffusionstemperatur erwärmt. Das Erhitzen des Leichtmetallkolbens wird vorteilhaft durch eine Glimmentladung wäh rend oder nach der Kathodenzerstäubung bezw. Aufdampfung vorgenommen. Zu die sem Zwecke kann ein Wechsel- und Gleich stromkreis vorhanden sein. Dabei kann die Temperatur des Kolbens durch Veränderung der Entladungsleistung oder Änderung des Füllgasdruckes eingestellt werden. Der Kol ben kann dabei als Kathode, neutral oder als Anode der Glimmentladung ausgesetzt sein. Bei der Kathodenzerstäubung wird nur ein Bruchteil der zugeführten elektrischen Ener gie zur Zerstäubung der Kathode verbraucht. Der grösste Teil wird an der Kathode und in dem Gasraum in Wärme umgesetzt. Die abgestäubte Menge steigt mit der zugeführ ten Entladungsleistung, gleichzeitig aber auch die Erwärmung der Kathode. Es ist somit vorteilhaft, die Kathode zu kühlen, um möglichst hohe Zerstäubungsleistungen an legen zu können. Die im Gasraum freiwer dende Energie dient zur Erwärmung des Kol bens. Um eine gleichmässige Erwärmung des Kolbens zu erzielen, umgibt die Kathode zweckmässig den Kolben von allen Seiten. Die Kathode stellt also vorteilhaft die Zer- stäubungskammer oder Teile derselben dar und ist mit einem wasserdurchflossenen Kühl mantel versehen. Die Leistung an der Ent ladungsstrecke ist begrenzt durch die dem Kolben zu erteilende Temperatur. Es hat sich nun im Versuch gezeigt, dass man auch durch Druckänderung die Temperatur des Kolbens reg Lilieren kann, und zwar wird die Temperatur durch Erhöhung des Füllgas druckes erniedrigt und umgekehrt. Durch richtige Wahl des Druckes lässt sich somit ein Optimum an Zerstäubungsleistung an die Entladungsstrecke legen und die Aufstäu- bungszeit auf ein Minimum reduzieren. Als günstige Ausführungsform ergibt sich somit eine Zerstäubungsanlage, bei welcher die Kathode die Gefässwand darstellt, die dem Gegenstand zwecks gleichmässiger Erhitzung gleichmässig von allen Seiten Leistung aus der Entladung zuführt und gleichmässig ab- stäubt. Mittels des Verfahrens nach der Erfin dung können durch die Kathodenzerstäubung oder thermische Aufdampfung im Vakuum beliebige Metalle oder Legierungen auf den Kolben aufgebracht werden, wobei man Teile, die nicht metallisiert werden sollen, durch eine Schutzschicht oder einen Schutz körper abdecken kann. Die durch Kathoden zerstäubung bezw. Aufdampfen auf den Me tallkolben aus Aluminium, Magnesium oder Aluminium- bezw. Magnesiumlegierungen aufgebrachte Metallschicht besteht vorteil haft aus Metallen der Chromgruppe, wie Chrom, Molybdän, Wolfram, der Eisen gruppe, wie Eisen, Kobalt, Nickel, der Kup fergruppe, wie Kupfer, Silber, oder einem Platinmetall, wie Platin, Palladium, Rho- dium, oder Metallen, wie Zinn, Blei, Alumi nium, Cadmium, Zink, oder seltenen Erd- metallen, wie Vanadium, Tantal, Zirkon, ein zeln oder in beliebiger Kombination. Will man zum Beispiel nur den Boden des Metall kolbens metallisieren, so deckt man die Sei tenwandung des Kolbens durch eine Schutz hülse ab oder man verwendet eine entspre chend geformte Zerstäubungselektrode. Die durch Kathodenzerstäubung bezw. Aufdamp fen aufgebrachten Schichten erwiesen sich im anlegierten Zustand ausserordentlich haft fest, so dass ein so überzogener Kolben nicht nur eine höhere. Verschleisszahl aufweist, son dern auch gegen den Angriff saurer Kon densate aus dem Verbrennungsraum ge schützt ist. Je nach der Höhe des Schmelz punktes des Metalles, welches man aufbrin gen will, ist es vorteilhaft, Zwischenschich ten aus andern Metallen einzulagern, so dass sich Legierungen von Drei- oder Mehrstoff systemen bilden, die sich leichter anlegieren lassen als das reine Metall und auf die zum Schluss reines Metall aufgestäubt bezw. auf gedampft werden kann. Der Kolbenschaft wird vorteilhaft mit Kupfer, Nickel, Eisen oder Chrom durch Kathodenzerstäubung bezw. Aufdampfen überzogen. Als gut wärmereflektierendes Material hat sich auf dem Kolbenboden durch Kathodenzerstäu- bung bezw. Aufdampfen aufgebrachtes Sil- ber und Nickel sowie Chrom erwiesen, wäh rend im Kolbeninnern zur Wärmeabstrah lung vorteilhaft durch Kathodenzerstäubung bezw. Aufdampfung Kupfer aufgebracht wird, das nach Beendigung der Aufstäubung bezw. Aufdampfung durch Einleitung von Sauerstoff in die Kathodenzerstäubungs- bezw. Aufdampfungskammer oxydiert wer den kann. Will man an der Oberfläche hoch schmelzende Metalle haben, so ist es für die Verankerung solcher Schutzschichten beson ders vorteilhaft, wenn solche Zwischenschich ten eingeführt werden, die mit dem Kolben material und dem hochschmelzenden Metall niedriger schmelzende Legierungen bilden. Je nach der gewünschten Beschaffenheit der Oberfläche richten sich die zu verwendenden Metalle und die anzuwendenden Tempera turen. Mittels des Verfahrens nach der Erfin dung kann man Leichtmetallkolben beliebi ger Zusammensetzung und Bauart, aus Alu minium, Magnesium oder Aluminium- bezw. Magnesiumlegierungen, mit Leichtigkeit me tallisieren, wie folgende Beispiele zeigen: Es wurde zum Beispiel ein Leichtmetall kolben Typ Nelson-Bohnalite von 77,5 mm fö an seiner Oberfläche durch Kathodenzerstäu- bung mit einer Schicht von Kupfer übet, zogen, der Leichtmetallkolben wurde dabei auf einer Temperatur von etwa 450-550 C gehalten. Vorzugsweise wird zu Beginn und am Schluss der Aufstäubung der Kolben kurz zeitig durch Glimmentladung auf die Dif fusionstemperatur gebracht und in der Zwi schenzeit wird das Metall bei einer etwas niedrigeren Temperatur auf den heissen Kol ben aufgestäubt. Die Bestäubung wurde in H2 als Füllgas bei einem Druck von 8 mm Hg durchgeführt. Als Zerstäubuugsspännung wurde eine gleichgerichtete Wechselspannung angelegt, deren Effektivwert 700 Volt bei einem Zerstäubungsstrom von 7 Amp. be trug. Ferner wurde ein Leichtmetallkolben einer magnesiumhaltigen Legierung von 77,5 mm (ö an seiner Oberfläche durch Ka- thodenzerstäubung mit einer Schicht von Sil- ber überzogen, der Metallkolben wurde dabei auf einer Temperatur von 450-500 C ge halten. Vorzugsweise wird zu Beginn und am Schluss der Aufstäubung der Kolben kurz zeitig auf die Diffusionstemperatur gebracht und in der Zwischenzeit wird das Metall bei einer etwas niedrigeren Temperatur auf den heissen Kolben aufgestäubt. Die Bestäubung wurde in Argon als Füllgas bei einem Druck von 1 mm Ilg durchgeführt. Als Zerstäu- bungsspannung wurde eine gleichgerichtete Wechselspannung angelegt, deren Eeffektiv- wert 700 Volt bei einem Zerstäubungsstrom von 7 Amp. betrug. Die Aufheizung des Leichtmetallkolbens auf die Legierungs- bezw. Diffusionstemperatur geschah in bei den Fällen durch Gasentladung in der Ka- thodenzerstäubungskammer. Die auf diesem Wege erhaltene Silberschicht war in dem Kolbenmaterial ausserordentlich fest ver ankert. Weiter wurde zum Beispiel ein Leicht metallkolben Typ Nelson-Bohnalite von 77,5 mm Q) an seiner Oberfläche durch ther mische Aufdampfung im Vakuum mit einer Schicht von Kupfer überzogen, der Leicht metallkolben wurde dabei auf einer Tempe ratur von etwa 450-550 C gehalten. Vor zugsweise wurde zu Beginn und am Schluss der Aufdampfung der Kolben kurzzeitig auf die Diffusionstemperatur gebracht und in der Zwischenzeit wurde das Metall bei einer etwas niedrigeren Temperatur auf den heissen Kolben aufgedampft. Die Aufdampfung wurde in H_# als Füllgas bei einem Druck von 0,3 mm Hg durchgeführt. Zuletzt wurde ein Leichtmetallkolben aus einer magnesiumhaltigen Legierung von 77,5 mm<I>0</I> an seiner Oberfläche durch ther- a mische Aufdampfung im Vakuum mit einer Schicht von Silber überzogen, der Metallkol ben wurde dabei auf einer Temperatur von 450-500 C gehalten. Vorzugsweise wurde zu Beginn und am Schluss der Aufdampfung der Kolben kurzzeitig auf die Diffusionstem peratur gebracht und in der Zwischenzeit wurde das Metall bei einer etwas niedrige ren Temperatur auf den heissen Kolben auf- gedampft. Die Aufdampfung wurde in Argon als Füllgas bei einem Druck von 0,01 mm Hg durchgeführt. Die Aufheizung des Leicht metallkolbens auf die Legierungs- bezw. Dif fusionstemperatur geschah in beiden Fällen durch Gasentladung in der Aufdampfungs- kammer. Als Heizspannung wurde eine gleichgerichtete Wechselspannung angelegt, deren Effektivwert 700 Volt bei einem Zer- stäubungsstrom von 3 Amp. betrug. Die auf diesem Wege erhaltene Kupfer- bezw. Silber schicht war in dem Kolbenmaterial ausser ordentlich fest verankert. Die Erfindung betrifft ferner eine Vor richtung zur Durchführung des im Patent anspruch II beschriebenen Verfahrens, wel che gekennzeichnet ist durch eine Metallisie- rungskammer mit einem metallischen kühl baren Unterteil und einem abnehmbaren metallischen kühlbaren Oberteil, sowie durch in dieser Kammer aufgebrachte Mittel zur Überführung des auf den Kolben aufzutra genden Metalles in einen hochdispersen Zu stand. Die die Kathode bildende Wandung kann aus dem auf den Leichtmetallkolben auf zustäubenden Metall bestehen oder mit dem selben belegt sein. Die Metallisierungskam- mer besitzt zweckmässig eine durch die metallische Kammerwandung isoliert und ab geschirmt eingeführte Anode. Die Metallisie- rungskammer kann ferner eine metallische kühlbare isolierte und abgeschirmte Durch führung vorzugsweise im Unterteil der Ka- thodenzerstäubungskammer besitzen, auf der der zu metallisierende Leichtmetallkolben unter Zwischenschaltung eines leitenden oder isolierenden Tragtellers gelagert ist. Die Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens kann auch eine Vakuumverdampfungskammer aufweisen mit einem metallischen, kühlbaren Unterteil und einem abnehmbaren, metallischen, kühlbaren Oberteil, dessen Wandung eine metallische, kühlbare, isolierte und abgeschirmte Strom durchführung trägt, an der der zu metallisie rende Kolben mittels einer den elektrischen Strom leitenden Tragvorrichtung angeordnet ist und durch einen das aufzudampfende Me- fall enthaltenden elektrisch heizbaren Tiegel unterhalb des Kolbens sowie durch eine Gleichstrom- oder Wechselstromspannungs- quelle, die mit dem einen, vorzugsweise nega tiven, Pol über die Stromdurchführung mit dem Kolben und mit dem andern, vorzugs weise positiven, Pol mit der Abschirmung oder der Kammerwandung in Verbindung ge bracht werden kann. Die beiliegende Zeichnung veranschau licht in Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines mit Metallschutzschicht versehenen Kolbens und in den Fig. 2 und 3 je ein Ausführungs beispiel der zur Durchführung des Verfah rens dienenden Vorrichtung. In Fig. 1 bezeichnet 1 den Kolben, dessen Bodenteil 2 mit einer Metallschicht 3, zum Beispiel Kupfer oder Silber, überzogen ist, die unter Bildung einer Legierungsschicht 4 aus dem Grundmaterial des Kolbens und dem aufgebrachten Metall in dem Grundmaterial fest verankert ist. In ähnlicher Weise kann auch die übrige Kolbenwandung, je nach Be darf, metallisiert sein. Die aufgebrachte Metallschutzschicht 3 wurde über die Gasphase (also in hochdisper- sem Zustand) des niederzuschlagenden Me- talles im Vakuum aufgebracht. Es kann hier bei von der festen oder flüssigen Phase des aufzubringenden Metalles ausgegangen wer den. So kann zum Beispiel das Material in einem Tiegel so hoch erhitzt werden, dass es aus demselben verdampft und sich auf -dem entsprechend angeordneten Kolben konden siert. Hierzu werden zweckmässig Füllgas drucke von 3 bis 10-6 mm in der Verdamp- fungsapparatur eingestellt. Bei der Anwendung von elektrischer Zer- stäubung werden Füllgasdrucke von zum Beispiel 3 mm bis 10-3 mm eingestellt. Hier bei kann das zu zerstäubende Material in flüssigem oder festem Zustande vorliegen. Der Kolben kann sowohl bei Anwendung der thermischen Verdampfung als auch bei der Kathodenzerstäubung während oder nach der Metallisierung, vorzugsweise in der Ver- dampfungs- oder Zerstäubungskammer selbst, auf die Temperatur gebracht werden, bei der sich das aufzubringende Material mit dem Grundmaterial durch Legierungsbildung ver bindet. Diese Temperatur wird so lange ein gehalten, bis die gewünschte Eindringtiefe des aufgebrachten Materials in das Grund material erreicht ist. Danach wird die Tem peratur langsam herabgesetzt, um das reine Metall auf der Oberfläche als Schutzschicht zu erhalten. Je nach den gestellten Anforde rungen kann es auch genügen, nur eine Dif- fusions- oder Legierungszone zu erzeugen (Grenzfall, mit praktisch verschwindender Schutzschichtdicke). Die jeweils gewünschte Ausbildung der Schicht erhält man durch Regelung der Temperatur des zu überziehen den Kolbens. Die Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch eine Vorrichtung zum thermischen Aufdampfen von Metall auf Leichtmetallkolben im Va kuum. Die gezeichnete Vorrichtung besitzt ein evakuierbares Gefäss 5, -welches mit einem Deckel 6 unter Zwischenschaltung einer mit tels des im Deckel angebrachten Luftkanals 6a kühlbaren Dichtung 7 vakuumdicht mit tels der Exzenterverschlüsse 8 verschliessbar ist. An den Stutzen 9 schliesst sich eine nicht dargestellte Vakuumpumpe an und durch den Stutzen 10 kann im Bedarfsfall ein vorzugs weise reduzierendes Füllgas, wie Wasser stoff, in geringen Mengen eingeleitet wer den. Durch die Vakuumpumpe kann in dem Gefäss 5 jeder beliebige Unterdruck, zum Beispiel unter 50 mm Hg bis zu dem höch sten erreichbaren Vakuum eingestellt werden. Das zu verdampfende Gut, zum Beispiel ein Metall oder eine Legierung, befindet sich in dem Verdampfungstiegel 11, der mit einem von dem zu verdampfenden Metall nicht an greifbaren Futter oder Einsatz 12 versehen ist. Die Heizung des Tiegels bis zur Ver dampfung des Metalles geschieht zum Bei spiel durch eine hohle, kühlbare Hochfre- quenzspule 13, deren beide Enden mittels der beiden Stromdurchführungen 14 und 15 durch den Deckel 6 in das Vakuumgefäss iso liert, vakuumdicht und gegen die Glimment- ladung abgeschirmt eingeführt sind. Jede Stromdurchführung ist durch die in geringem Abstand von der Stromzuführung angeord neten metallischen Hüllen 16 und 17 abge schirmt und durch eine Schutzkappe 18 abge deckt. 19 und 20 sind zwei Isolierkörper, zwischen denen sich ein Dichtungskörper 21 befindet. Der Schraubring 22 dient dabei Zum Anpressen des Ganzen. In dem Tiegel 12 verdampft die Schmelze 23 und der Dampf schlägt sich auf dem Metallkolben 24 nieder, der an einem hohl und kühlbar aus gebildeten Stromdurchführungskörper 25 an geordnet ist, und zwar kann durch die Lei tung 26 ein Kühlmittel wie Wasser zuge führt und durch den Stutzen 27 abgeleitet werden. Die Teile 28 und 29 stellen zwei metallische Abschirmungen dar, die in einem so geringen Abstand von der Stromdurchfüh rung und voneinander angeordnet sind, dass keine Glimmentladung in diesen engen Ring spalten möglich ist. Es sei hierzu auf das Schweiz. Patent Nr. 227449 verwiesen, das eine eingehende Erläuterung dieser Art der Abschirmung gibt. Die Teile 30 und 31 stel len zwei Isolier- und Dichtungsringe dar, während der Teil 32 ein Anpressring ist. Durch die Kühlvorrichtung 33 im Vakuum gefäss wird die Stromdurchführung gekühlt, und zwar kann das Kühlmittel durch Stut zen 34 zugeführt und durch den Stutzen 35 abgeleitet werden. Das eine Ende der Se kundärspule 41 des Wechselstromtransforma- tors 42 kann über den Schalter 43 mit der Stromdurchführung 25 und das andere Ende der Sekundärspule über den regelbaren Wi derstand 44 und den Schalter 45 mit der Ab schirmhülle 28 verbunden werden. Der negative Pol einer Gleichstromquelle 36 steht über einen Schalter 37 mit der Stromdurchführung 25 in Verbindung, wäh rend der positive Pol der Gleichspannungs- quelle über einen regelbaren Widerstand 38 entweder über Schalter 39 mit der Abschir mung 28 in Verbindung gebracht werden kann, oder über Schalter 40 mit der Wan dung der Vakuumkammer 5. Die Anwen dung dieser elektrischen Anlage geht aus der Schweiz. Patentschrift Nr. 207351 hervor. Der Teil 46 stellt einen Abschirmring dar, der nach Bedarf verwendet werden kann, wenn die Seitenwand des Kolbens nicht metallisiert werden soll. Der Teil 47 ist ein Thermoelement mit den Enden 48 und 19. Der Teil 50 stellt die aufgedampfte Metall schicht dar und der Teil 51 die Tragvorrich tung für den Kolben. Fig. 3 stellt einen Schnitt durch eine Ka- thodenzerstäubungs-Metallisierkammer für Leichtmetallkolben dar, bei der die Wan dung der Kammer als Kathode den zu metal lisierenden Metallkolben allseitig umgibt. 52 ist die abnehmbare metallische Zer- stäubungsgefässhaube, welche mit dem me tallischen Boden 53, unter Zwischenschaltung einer aus zwei Gummiringen bestehenden Dichtung 54, vakuumdicht verbunden ist. Die ganze Innenfläche 55 der Kathodenzer- stäubungskammer, also sowohl der Bolzen 53 als auch die Haube 52, kann aus dem ge wünschten aufzustäubenden Metall bestehen oder damit belegt sein. Als solche Metalle kommen vor allem zur Anwendung Chrom, Molybdän, Wolfram, Eisen, Kobalt, Nickel, Kupfer, Silber, Platin, Palladium, Rhodium, Cadmium, Zink, Vanadium, Tantal, Zirkon, Aluminium, Magnesium oder dergl. einzeln oder in beliebiger Kombination. Die nicht dargestellte Vakuumpumpe ist an den StC#- zen 56 angeschlossen, während der Stutzen 57 zum Zuführen eines neutralen oder re duzierenden Gases, wie Stickstoff, Wasser stoff, Edelgase, wie Argon oder dergl., dient. In die Gasableitung 56 und die Gaszulei tung 57 sind die Siebe 56a bezw. 57a einge baut, welche dank ihrer Maschenweite von weniger als 1 mm verhindern, dass die Glimm entladung in die Gaszuleitung bezw. Ablei tung hineinschlägt. Die Haube 52 ist mit einem Kühlmantel 58 umgeben, dem das Kühlmittel, zum Beispiel Wasser, Öl oder auch Luft, durch den Stutzen 59 zugeführt werden kann. Durch den Stutzen 60 wird das Kühlmittel abgeleitet. Der Boden 53 kann durch die abnehmbare Stromleitung 61 mit der Haube 52 in leitende Verbindung ge- bracht werden. Die negative Spannung wird durch das Stromkabel 62 zugeführt, welches am Boden befestigt ist. Der zu metallisierende Kolben 64 mit der Metallschicht 63 ruht auf einem isolierenden oder leitenden Teller 65, der von der kühl baren Durchführung 66, unter Zwischen schaltung eines Körpers 67 aus Metall oder Isoliermaterial getragen ist. Der die Anode darstellende Teil 68 ist isoliert und vom Bo den 53 und der Durchführung 66 durch je einen engen Ringspalt getrennt, wodurch die Isolation vor der schädlichen Einwirkung der Glimmentladung abgeschirmt ist. Durch das Kabel 69 ist die Anode 68 mit dem positiven Pol einer Gleichspannungsquelle verbunden. Die Teile 70, 71, 72 sind Ringe aus Isolier- und Dichtungsmaterial. Der Ring 72 wird durch der Übersichtlichkeit halber nicht dar gestellte Schrauben an den Boden angepresst. Zwischen der Anode 68 und der als Kathode geschalteten Wandung des Zerstäubungs- gefässes bildet sich bei einem Druck zwischen 40 und 0,001, vorzugsweise etwa 5 bis 0,1 mm Hg, die zur Zerstäubung des Metalles und zum Aufheizen des Kolbens auf die ge wünschte Legierungs- oder Diffusionstempe ratur erforderliche Glimmentladung aus. Die Kathodenzerstäubungskammer ist ferner mit einem abgeschirmten eingesetzten Schauglas 74 versehen. Der Teil 75 stellt einen Ring zum Abdecken des Spaltes zwischen der Haube und dem Boden dar. Der Stutzen 76 dient zum Zuführen des Kühlmittels für die Durchführung 66 und der Stutzen 77 zum Ableiten des Kühlmittels. Der Boden ist mit Kühlkanälen 73 versehen. Der Teil 78 stellt ein Thermoelement zur Messung der Tempe ratur des Kolbens während der Bestäubung dar. Die Zerstäubung ist auch bei gekühlter Kathode möglich. Dabei ist die gesamte Innenfläche mit dem Glimmlicht bedeckt. Es sei hierzu auf die schweiz. Patentschrift Nr. 204862 verwiesen, die diese allseitige Ka thode eingehend erläutert. Das abgestäubte Metall schlägt sich vornehmlich auf den Kol- ben nieder, da er zentral im Innern des als Kathode wirkenden Gefässes angeordnet ist.
Claims (1)
- PATENTANSPRUCH 1: Leichtmetallkolben für Verbrennungs- kraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens teilweise mit einer Metall schutzschicht überzogen ist, deren Basis an das Grundmaterial des Kolbens durch Diffu sion anlegiert und dadurch mit ihm fest ver bunden ist. UNTERANSPRüCHE 1. Leichtmetallkolben nach Patentan spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschutzschicht feinkristallin ist und eine Minimalstärke von 0,001 Millimeter auf weist. 2.Leichtmetallkolben nach Patentan spruch I und Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die Metallschutzschicht durch Kathodenzerstäubung aufgebracht ist. 3. Leichtmetallkolben nach Patentan spruch I und Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die Metallschutzschicht durch thermische Verdampfung des Metalles im Vakuum aufgebracht ist. 4. Leichtmetallkolben nach Patentan spruch I und Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die aufgebrachte Metall schicht 6/,.00o bis 6/,.0o mm stark ist. 5.Leichtmetallkolben nach Patentan spruch I und Unteranspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, dass die aufgebrachte Metall schicht mindestens ein Metall der Chrom- Kruppe enthält. 6. Leichtmetallkolben nach Patentan spruch I und Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die aufgebrachte Metall schicht mindestens ein Metall der Eisen- , Kruppe enthält. 7. Leichtmetallkolben nach Patentan spruch I und Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die aufgebrachte Metall schicht mindestens ein Platinmetall ent- f hält.B. Leichtmetallkolben nach Patentan spruch I und Unteranspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, dass die aufgebrachte Metall schicht Kupfer enthält. 9. Leichtmetallkolben nach Patentan spruch I und Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die aufgebrachte Metall schicht Silber enthält. 10. Leichtmetallkolben nach Patentan spruch I und Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die aufgebrachte Metall schicht Cadmium enthält. 11. Leichtmetallkolben nach Patentan spruch I und Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die aufgebrachte Metall schicht Zink enthält.. 12. Leichtmetallkolben nach Patentan spruch I und Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die aufgebrachte Metall schicht Zinn enthält. 13.Leichtmetallkolben nach Patentan spruch I und Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die aufgebrachte Metall schicht Blei enthält. 14. Leichtmetallkolben nach Patentan spruch I und Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die aufgebrachte Metall schicht Aluminium enthält. 15. Leichtmetallkolben nach Patentan spruch I und Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die aufgebrachte Metall schicht mindestens ein seltenes Erdmetall enthält. PATENTANSPRUCH II: Verfahren zur Herstellung von Leicht metallkolben nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass das Schutzmetall unter vermindertem Druck und in hochdis- persem Zustand auf den Kolben aufgebracht wird.UNTERANSPRüCHE 16. Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufbrin gung der Metallschutzschicht im Vakuum er folgt. 17. Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufbrin gung der Metallschicht durch Kathodenzer- stäubung bei 3 bis 0,01 mm Hg Füllgasdruck erfolgt. 18.Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufbrin gung der Metallsehutzschicht durch thermi sche Verdampfung bei 3 bis 10-6 mm Hg Füllgasdruck erfolgt. 19. Verfahren nach Patentanspruch 1I und Unteranspruch 18, dadurch gekennzeich net, dass eine derartige Heizleistung angelegt wird, dass der Kolben während der Aufbrin gung gleichmässig auf eine Temperatur von mindestens 200 C gebracht wird. 20.Verfahren nach Patentanspruch II und Unteranspruch 17, dadurch gekennzeich net, dass eine derartige Zerstäubungsleistung angelegt und Ausbildung und Anwendung der Kathode so gewählt wird, dass der Kol ben während der Aufstäubung gleichmässig auf eine Temperatur von mindestens 200 C gebracht wird. 21. Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Metall schichten nacheinander aufgebracht werden. 22.Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die 11letallisie- rung des Kolbens in einer neutralen Atmo sphäre bei Drucken unterhalb 50 mm Hg vor genommen wird. 23. Verfahren nach Patentanspruch 1I und Unteranspruch 22, dadurch gekennzeich net, dass die Metallisierung des Kolbens bei Drucken zwischen 5 und 0,01 mm Hg vorge nommen wird. 24.Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisie- rung des Kolbens in einer reduzierenden Atmosphäre bei Drucken unterhalb 50 mm Hg vorgenommen wird. 25. Verfahren nach Patentanspruch. II und Unteranspruch 24, dadurch gekennzeich net, dass die Metallisierung des Kolbens bei Drucken zwischen 5 und 0,01 mm Hg vorge nommen wird. 26.Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgebrachte Metallschicht zum Festhaften an dem Kol ben gebracht wird dadurch, dass der Kolben auf eine Temperatur erwärmt wird, bei wel- eher die aufgebrachte Metallschicht durch Diffusion an ihn aaslegiert. 27. Verfahren nach Patentanspruch II und Unteranspruch 26, dadurch gekennzeich net, dass die Erwärmung in der Metallisie- rungskammer selbst stattfindet. 28.Verfahren nach Patentanspruch II und Unteranspruch 26, dadurch gekennzeich net, dass die Erwärmung während der Metal- lisierung erfolgt. 29. Verfahren nach Patentanspruch II und Unteranspruch 26, dadurch gekennzeich net, dass die Erwärmnung nach der Metalli- sierung erfolgt. 30. Verfahren nach Patentanspruch II und Unteranspruch 26, dadurch gekennzeich net, dass das Erhitzen des Metallkolbens durch eine Glimmentladung vorgenommen wird. 31.Verfahren nach Patentanspruch II und den Unteransprüchen 26 und 30, da durch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Kolbens durch Veränderung der Ent ladungsleistung eingestellt wird. 32. Verfahren nach Patentanspruch II und den Unteransprüchen 26 und 30, bei welchem die Aufbringung der Metallschicht unter Füllgasdruck erfolgt, dadurch gekenn zeichnet, dass die Temperatur des Kolbens durch Veränderung des Füllgasdruckes ein gestellt wird.PATENTANSPRUCH III: Vorrichtung zur Durchführung des Ver fahrens nach Patentanspruch II, gekenn zeichnet durch eine Metallisierungskammer mit einem metallischen kühlbaren Unterteil und einem abnehmbaren, metallischen, kühl baren Oberteil, sowie durch in dieser Kam mer angebrachte Mittel zur Überführung des auf den Kolben aufzutragenden Metalles in einen hochdispersen Zustand. UNTERANSPRüCHE 33.Vorrichtung nach Patentanspruch III, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisie- rungskammer als Kathodenzerstäubungskam- mer ausgebildet ist, deren metallische, die Kathode bildende Wandung das auf den Kolben aufzustäubende Metall enthält. 34. Vorrichtung nach Patentanspruch III und Unteranspruch 33., dadurch gekennzeich net, dass die innere Wandung der Zerstäu- bungskammer aus dem auf den Kolben auf zustäubenden Metall besteht. 35.Vorrichtung nach Patentanspruch III und Unteranspruch 33, dadurch gekennzeich net, dass die innere Wandung der Zerstäu- bungskammer mit dem auf den Kolben auf zustäubenden Metall belegt ist. 36. Vorrichtung nach Patentanspruch III und Unteranspruch 33, gekennzeichnet durch eine durch die metallische Kammerwandung isoliert und abgeschirmt eingeführte Anode. 37.Vorrichtung nach Patentanspruch III und den Unteransprüchen 33 und 36, ge kennzeichnet durch eine metallische, kühl bare, isolierte und abgeschirmte Durchfüh rung, auf der der zu metallisierende Kolben unter Zwischenschaltung eines Tragtellers gelagert ist. 38. Vorrichtung nach Patentanspruch III und den Unteransprüchen 33, 36 und 37, da durch gekennzeichnet, dass die Durchführung im untern Teil der Zerstäubungskammer an geordnet ist. 39. Vorrichtung nach Patentanspruch III und den Unteransprüchen 33, 36 und 37, da durch gekennzeichnet, dass der Tragteller lei tend ist. 40.Vorrichtung nach Patentanspruch IH und den Unteransprüchen 33, 36 und 37, da durch gekennzeichnet, dass der Tragteller iso lierend ist. . 41. Vorrichtung nach Patentanspruch III, gekennzeichnet durch eine Vakuumverdamp- fungskammer mit einem metallischen, kühl baren Unterteil und einem abnehmbaren metallischen, kühlbaren Oberteil, dessen Wan dung eine metallische, kühlbare, isolierte und abgeschirmte Stromdurchführung trägt, an der der zu metallisierende Kolben mittels einer den elektrischen Strom leitenden Trag vorrichtung angeordnet ist, und durch einen das aufzudampfende Metall enthaltenden elektrisch heizbaren Tiegel unterhalb des Kolbens sowie durch eine Spannungsquelle,die mit dem einen Pol über die Stromdurch führung mit dem Kolben und mit dem andern Pol mit einem leitenden Teil der Vor richtung in Verbindung gebracht werden kann. 42. Vorrichtung nach Patentanspruch III und Unteranspruch 41, dadurch gekennzeich net, dass der negative Pol der Spannungs quelle mit dem Kolben verbunden ist. 43. Vorrichtung nach Patentanspruch III und den Unteransprüchen 41 und 4\?, da- durch gehennzeiehnet. dar der positive Pol der Spannungsquelle mit der Abschirmung verbunden ist. 44.Vorrichtung nach Patentanspruch HI und den Unteransprüchen 41 und 42, dadurch gekennzeichnet, dass der positive Pol der Spannungsquelle mit der Kammerwandung verbunden ist.
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DE227662X | 1938-05-03 |
Publications (1)
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ID=5866759
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CH227662D CH227662A (de) | 1938-05-03 | 1938-10-29 | Mit Metallschutzschicht versehener Leichtmetallkolben für Verbrennungskraftmaschinen, sowie Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Metallschutzschichten an Leichtmetallkolben. |
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Country | Link |
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CH (1) | CH227662A (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0084385A1 (de) * | 1982-01-20 | 1983-07-27 | KOLBENSCHMIDT Aktiengesellschaft | Leichtmetallkolben |
EP0172002A2 (de) * | 1984-08-13 | 1986-02-19 | Ae Plc | Behandlung von Kolben |
-
1938
- 1938-10-29 CH CH227662D patent/CH227662A/de unknown
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EP0084385A1 (de) * | 1982-01-20 | 1983-07-27 | KOLBENSCHMIDT Aktiengesellschaft | Leichtmetallkolben |
EP0172002A2 (de) * | 1984-08-13 | 1986-02-19 | Ae Plc | Behandlung von Kolben |
EP0172002A3 (de) * | 1984-08-13 | 1986-12-30 | Ae Plc | Behandlung von Kolben |
US4664021A (en) * | 1984-08-13 | 1987-05-12 | Ae Plc | Treatment of pistons |
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