CH661219A5 - Verfahren zur herstellung eines kolbenbodens fuer einen gebauten kolben. - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäss auf ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbenbodens aus einem schmiedbaren warmfesten Stahl für einen gebauten Kolben, insbesondere für Grossdieselmotoren, — mit gewölbeartigem Kolbenmittelteil,

umlaufender Kolbenbodenschulter,

innenseitig angeordneter, umlaufender Nabe,

wobei die Kolbenbodenschulter zur Aufnahme von Kolbenringen bestimmt und zum Aufsetzen auf einen separat gefertigten Kolbenschaft eingerichtet ist, an den auch die umlaufende Nabe mittels Verschraubung und/oder Verschweis-sung anschliessbar ist.

Im Rahmen der (aus der Praxis) bekannten Massnahmen besteht der Kolbenboden zwar aus einem schmiedbaren, wannfesten Stahl, wird der Kolbenboden jedoch spanabhebend geformt, nämlich aus einer entsprechend vorbereiteten, gegebenenfalls geschmiedeten Scheibe, spanabhebend herausgearbeitet. Das ist aufwendig, da bei der Zerspanung wannfester Werkstoffe sehr hohe Zerspanungskosten entstehen. Falls mit gegossenen Rohlingen gearbeitet wird, ist die Verwendung von Werkstoffen mit höherer thermischer Belastbarkeit dadurch eingeschränkt, dass diese Werkstoffe besonders seigerungsempfindlich sind, wobei sich Seigerungs-zonen entweder im Bereich der Kolbenbodenmitte oder auch im Bereich der Kolbenbodenschulter einstellen. Dort stören sie erheblich. Darüber hinaus stört, dass sich anisotrope Eigenschaftsfelder einstellen, was dazu zwingt, den Kolbenboden insgesamt nach den niedrigsten Werten auszulegen. Nichtsdestoweniger führen anisotrope Eigenschaftsfelder in den bekannten Kolbenböden zu einem vorzeitigen Ausfall des Kolbens im wechselnden Dauerlastbetrieb.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem ein Kolbenboden des beschriebenen Auf baus auf einfache Weise hergestellt werden kann, und zwar mit erheblich verringerter Anisotropie der bauteilbezogenen Eigenschaften, die besonders eng mit der erreichbaren Lebensdauer korrelieren.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, dass in einem ersten Verformungsschritt ein Napf geschmiedet wird, der einen dem Kolbenbodenmittelteil entsprechenden Bereich und einen umlaufenden Kragen aufweist, und dass danach in einem zweiten Verformungsschritt unter weiterer Ausformung des Kolbenbodenmittelteils aus dem Kragen die Kolbenbodenschulter sowie die innenseitig umlaufende Nabe geschmiedet werden. Im Rahmen der Erfindung kann mit den verschiedensten warmfesten Stählen gearbeitet werden, wie sie auch bisher für Kolbenböden aus Stahl eingesetzt werden, z.B. der Ventilstahl X 45 Cr Si 9. Bewährt hat sich aber auch die Verwendung eines warmfesten Werkstoffes mit folgender Richtanalyse C bis 0,2 Mn bis 0,5 Si bis 0,5

Cr 12-14% Mo bis 0,5 W 2,5 bis 3,5 Ni 1,6-2,3

Rest Eisen und übliche Verunreinigungen. Im Rahmen der Erfindung liegt es, an den Schmiedevorgang eine homogenisierende Wärmebehandlung anzuschliessen.

Die erreichten Vortreile sind darin zu sehen, dass nach dem erfindungsgemässen Verfahren auf sehr einfache Weise Kolbenböden der beschriebenen Gestaltung hergestellt werden können, ohne dass bezüglich Warmfestigkeit oder durch anisotrope Eigenschaftsfelder Beschränkungen in kauf genommen werden müssten. Man kommt vielmehr zu einer Optimierung des Bauteilverhaltens dahingehend, dass Werkstoffe einer weniger hochwertigen und weniger kostspieligen Klasse für den Kolbenboden eingesetzt werden können,

ohne dass die Brennraumleistungen und damit die Motorleistung reduziert werden müsste. Anders ausgedrückt erreicht man bei Einsatz bekannter Werkstoffe eine Erhöhung der Brennraumleistung und damit der Motorleistung. Von besonderer Bedeutung ist, dass sehr genau geschmiedet werden kann, so dass der noch erforderliche Zerspanungsaufwand in erheblichem Masse reduziert wird, beispielsweise auf die Bereiche, die die Kolbenringe aufzunehmen haben. Die Anisotropie der Eigenschaften des Kolbenbodens in kritischen Bereichen ist vermindert.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung

Fig. 1 einen Axialschnitt durch einen Kolbenboden, wie er durch das erfindungsgemässe Verfahren hergestellt werden soll,

Fig. 2 einen entsprechenden Querschnitt durch den im ersten Verformungsschritt geschmiedeten Napf,

Fig. 3 einen entsprechenden Schnitt durch den fertig geschmiedeten Kolbenboden.

Aus der Fig. 1 entnimmt man zunächst, wie der fertige Kolobenboden aussieht. Man erkennt ein gewölbeartiges Kolbenbodenmittelteil 1 und eine umlaufende Kolbenbodenschulter 2. Innenseitig ist eine ebenfalls umlaufende Nabe 3 angeordnet. Die Kolbenbodenschulter 2 ist zur Aufnahme der Kolbenringe bestimmt und trägt entsprechende, eingedrehte Nuten 4. Er ist im übrigen zum Aufsetzen auf einen separat gefertigten und nur angedeuteten Kolbenschaft 5 eingerichtet an den auch die umlaufende Nabe 3 mittels Verschraubung 6 und/oder Verschweissung anschliessbar ist.

Aus einer vergleichenden Betrachtung der Fig. 1 und 2 entnimmt man, dass aus einem schmiedbaren warmfesten Stahl in einem ersten Verformungsschritt ein Napf geschmiedet wird. Dieser besitzt einen dem Kolbenbodenmittelteil 1 entsprechenden Bereich und einen umlaufenden Kragen 7. Aus einer vergleichenden Betrachtung der Fig. 2 und 3 entnimmt man, dass danach in einem zweiten Verformungsschritt unter weiterer Ausformung des Kolbenbodenmittel5

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teils 1 aus dem Kragen 7 die Kolbenbodenschulter 2 sowie die innenseitig umlaufende Nabe 3 geschmiedet werden. Der fertig geschmiedete Gegenstand bedarf nur noch geringer

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Zerspanungsarbeit, z. B. zur Herstellung der Nuten 4 für die Aufnahme der Kolbenringe und zur Herstellung von Anschlusspassungen u.dgl.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

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1. Verfahren zur Herstellung eines Kolbenbodens aus einem schmiedbaren, warmfesten Stahl für einen gebauten Kolben, insbesondere für Grossdieselmotoren, — mit gewölbeartigem Kolbenbodenmittelteil,

umlaufender Kolbenbodenschulter und innenseitig angeordneter, umlaufender Nabe,

wobei die Kolbenbodenschulter zur Aufnahme von Kolbenringen bestimmt und zum Aufsetzen auf einen separat gefertigten Kolbenschaft eingerichtet ist, an dem auch die umlaufende Nabe mittels Verschraubung und/oder Verschweis-sung anschliessbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Verformungsschritt ein Napf geschmiedet wird, der einen dem Kolbenbodenmittelteil entsprechenden Bereich (1) und einen umlaufenden Kragen (7) aufweist, und dass danach in einem zweiten Schmiedeschritt unter weiterer Ausformung des Kolbenbodenmittelteils (1) aus dem Kragen (7) die Kolbenbodenschulter (2) sowie die innenseitig umlaufende Nabe (3) geschmiedet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein warmfester Werkstoff der Richtanalyse

C bis 0,2 Mn bis 0,5 Si bis 0,5

Cr 12-14% Mo bis 0,5 W 2,5 bis 3,5 Ni 1,6-2,3,

Rest Eisen und übliche Verunreinigungen, verwendet wird.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an den Schmiedevorgang eine homogenisierende Wärmebehandlung angeschlossen wird.