Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für Verbrennungsmotoren und nach dem Verfahren hergestellter Kolben
Die stetig steigende spezifische Leistung der Dieselmotoren hat zur Folge, dass ihre Kolben immer stärker beansprucht werden. Es hat sich gezeigt, dass bei konventionell gegossenen oder geschmiedeten Leichtmetallkolben besonders die oberste Kolbenringnut dem grössten Verschleiss unterliegt. Es wurden deshalb bereits Kolben mit speziellen Kolbenringträgern aus besonders verschleissfestem Material verwendet. Solche Ringträger konnten jedoch nur bei gegossenen Leichtmetallkolben Verwendung finden, da sie bei der Herstellung der Kolben in diese eingegossen werden mussten.
Die Festigkeit und die Laufeigenschaften von gegossenen Leichtmetallkolben haben sich jedoch bei sehr hohen spezifischen Leistungen der Motoren als ungenügend erwiesen. Für solche Motoren sind geschmiedete Leichtmetallkolben zweckmässiger.
Die Erfindung bezweckt, ein Verfahren zu schaffen, das gestattet, auch geschmiedete Kolben mit verschleissfesten Ringträgern zu versehen. Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass auf einen geschmiedeten Kolbenkörperrohling ein gegossener, einen Kolbenringträger enthaltender Stauchring aufgesetzt und in den Boden des Kolbenkörperrohlings warm eingepresst wird.
In den durch Giessen hergestellten Stauchring kann auf übliche Weise ein spezieller Ringträger eingegossen werden. Der Stauchring selbst könnte aber auch aus einem verschleissfesten Werkstoff hergestellt sein, so dass auf einen zusätzlichen Ringträger verzichtet werden könnte.
Die Erfindung betrifft auch einen nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Kolben. Dieser ist dadurch gekennzeichnet, dass er einen geschmiedeten Kolbenkörper mit einem aufgepressten, gegossenen Stauchring mit einem Kolbenringträger aufweist.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Kolbens dargestellt. Anhand desselben wird das erfindungsgemässe Verfahren näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Kolbenkörperrohling und einen separaten Stauchring im Längsschnitt; und
Fig. 2 einen Kolbenrohling mit aufgepresstem Stauchring im Längsschnitt.
Zur Herstellung eines Kolbenrohlings nach Fig. 2 wird ein Kolbenkörper 1 (vgl. Fig. 1) aus einer Leichtmetallegierung in üblicher Weise geschmiedet. Im Kolbenkörperboden wird dann eine Zentrierrille 2 eingedreht.
Separat wird ein Stauchring 3 hergestellt indem in einer Kokille z.B. nach dem Alfin-Verfahren ein Ringträger 4 mit einer Leichtmetallegierung umgossen wird. Der Ringträger 4 besteht vorzugsweise aus aNiresist , d.h.
einem austenitischen Gusseisen, das nahezu die gleiche Wärmedehnung wie die Legierung des Stauchrings aufweist.
Zum Vereinigen von Kolbenkörper 1 und Stauchring 3 wird der Kolbenkörper auf eine Temperatur von 400 bis 5500C erwärmt. Der Stauchring wird auf eine Temperatur gebracht, die je nach Werkstoff 20 bis 4500C niedriger liegt als die Temperatur des Kolbenkörpers 1.
Nun wird der Stauchring 3 auf die Zentrierrille 2 aufgesetzt und in den Kolbenboden eingepresst, so dass der in Fig. 2 dargestellte Kolbenrohling entsteht, bei dem der geschmiedete Kolbenkörper 1 mit dem gegossenen Stauchring 3 durch Pressschweissung einwandfrei verbunden ist. Die weitere Bearbeitung des Rohlings kann dann auf übliche Weise erfolgen.
Beim Zusammenpressen der Teile 1 und 3 kann es zweckmässig sein, den einen Teil gegenüber dem anderen in Rotation zu versetzen.
Der Stauchring 3 hat zweckmässig eine dreieckige Querschnittsform, wobei die Hypotenuse 5 des Dreiecks gebogen ist. An der durch die Hypotenuse 5 begrenzten Innenfläche des Stauchrings 3 könnten auch Unebenheiten, wie Vorsprünge oder Vertiefungen vorgesehen sein, um die Verbindung mit dem Boden des Kolbenrohlings 1 zu verbessern. Bei der Herstellung des Stauchrings könnte auch zusätzlich ein Ölkanal in diesen eingegossen werden. Auf diese Weise können Kolben mit ölkühlung hergestellt werden.
Falls der herzustellende Kolben im Kolbenboden einen Verbrennungsraum oder eine Wirbelkammer aufweisen soll, kann eine entsprechende Ausnehmung beim Aufpressen des Stauchrings 3 gleichzeitig eingepresst werden.
Der im Stauchring 3 eingegossene Ringträger 4 weist zweckmässig eine symmetrische Querschnittsform, vorzugsweise eine Tonnenform auf, wie in den Figuren dargestellt, um eine gleichmässige Kräfteverteilung beim Einpressen zu erzielen.
Ein auf die beschriebene Weise hergestellter Kolben weist dann in der Ringzone ein gegossenes Gefüge, in der Zone des Bolzenlochs und am Kolbenhemd ein stark durchknetetes Gefüge auf.
Process for the production of a piston for internal combustion engines and pistons produced by the process
The steadily increasing specific power of diesel engines means that their pistons are subjected to ever greater loads. It has been shown that with conventionally cast or forged light metal pistons, the topmost piston ring groove in particular is subject to the greatest wear. For this reason, pistons with special piston ring carriers made of particularly wear-resistant material have already been used. However, such ring carriers could only be used in cast light metal pistons, since they had to be cast into the pistons when they were manufactured.
However, the strength and the running properties of cast light metal pistons have proven to be inadequate when the specific engine power is very high. Forged light alloy pistons are more appropriate for such engines.
The aim of the invention is to create a method which allows forged pistons to be provided with wear-resistant ring carriers. The method according to the invention is characterized in that a cast compression ring containing a piston ring carrier is placed on a forged piston body blank and pressed hot into the base of the piston body blank.
A special ring carrier can be cast in the usual way in the upsetting ring produced by casting. The compression ring itself could, however, also be made of a wear-resistant material, so that an additional ring carrier could be dispensed with.
The invention also relates to a piston produced by the method according to the invention. This is characterized in that it has a forged piston body with a pressed, cast compression ring with a piston ring carrier.
In the drawing, an embodiment of the piston according to the invention is shown. The method according to the invention is explained in more detail on the basis of this.
Show it:
1 shows a piston body blank and a separate compression ring in longitudinal section; and
2 shows a piston blank with a pressed-on compression ring in a longitudinal section.
To produce a piston blank according to FIG. 2, a piston body 1 (see FIG. 1) is forged from a light metal alloy in the usual way. A centering groove 2 is then screwed into the piston body base.
Separately, an upsetting ring 3 is produced by e.g. according to the Alfin process, a ring carrier 4 is cast around with a light metal alloy. The ring carrier 4 is preferably made of aNiresist, i.
an austenitic cast iron, which has almost the same thermal expansion as the alloy of the upsetting ring.
To combine the piston body 1 and compression ring 3, the piston body is heated to a temperature of 400 to 5500C. The compression ring is brought to a temperature which, depending on the material, is 20 to 4500C lower than the temperature of the piston body 1.
The compression ring 3 is now placed on the centering groove 2 and pressed into the piston head, so that the piston blank shown in FIG. 2 is produced, in which the forged piston body 1 is perfectly connected to the cast compression ring 3 by pressure welding. The further processing of the blank can then take place in the usual way.
When pressing parts 1 and 3 together, it may be useful to set one part in rotation relative to the other.
The compression ring 3 expediently has a triangular cross-sectional shape, the hypotenuse 5 of the triangle being curved. On the inner surface of the upsetting ring 3 delimited by the hypotenuse 5, unevenness, such as projections or depressions, could also be provided in order to improve the connection with the base of the piston blank 1. During the production of the compression ring, an oil channel could also be cast into it. In this way, pistons with oil cooling can be produced.
If the piston to be produced is to have a combustion chamber or a swirl chamber in the piston head, a corresponding recess can be pressed in at the same time when the compression ring 3 is pressed on.
The ring carrier 4 cast in the upsetting ring 3 expediently has a symmetrical cross-sectional shape, preferably a barrel shape, as shown in the figures, in order to achieve a uniform distribution of forces during pressing.
A piston produced in the manner described then has a cast structure in the ring zone, and a heavily kneaded structure in the zone of the bolt hole and on the piston skirt.