DE10137436C2 - Voralfinieren von Eingußteilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbens einer Brennkraft­ maschine sowie einen Kolben gemäß den Merkmalen der Oberbegriffe der jeweili­ gen unabhängigen Patentansprüche.

Kolben für Brennkraftmaschinen mit zumindest einem in einem Kolbenboden des Kolbens angeordneten Ringträger sind bekannt. Diese Ringträger werden vor dem Gießen des Kolbens in eine Gießform eingelegt und während des Gießvorganges mit Gießschmelze umgeben, wobei nach dem Erstarren der Gießschmelze der Ringträger fest mit dieser verbunden ist. Anschließend erfolgt ein radial umlaufender Einstich in den Ringträger, in welchem ein Kompressionsring eingesetzt wird. Zur Er­ höhung der Festigkeit der Verbindung zwischen der Gießschmelze und dem Ringträ­ ger ist es bekannt, den Ringträger vor dem Einsetzen zu alfinieren. Bei dieser Alfinie­ rung wird der Ringträger in ein flüssiges, erhitztes Metallbad, insbesondere in eine flüssige Silumin-Legierung, eingetaucht, vgl. DE 36 26 436 C2. Diese Schicht, die sich durch das Eintau­ chen in das flüssige Metallbad ergibt, verbessert die Bindung zwischen dem Material des Ringträgers und der später einzufüllenden Gießschmelze. Bei diesem Verfahren hat sich jedoch herausgestellt, daß die Alfinschicht nicht immer und nicht zuverlässig an allen Stellen des Ringträgers haften bleibt, wofür insbesondere Verunreinigungen verantwortlich sind. Daher bedeutet es einen hohen Aufwand, diese Verunreinigun­ gen zu beseitigen, um eine durchgehende Alfinschicht auf dem Ringträger nach dem Eintauchen in das Metallbad zu erzielen. Eine einwandfreie Beschichtung ist deshalb erforderlich, da die in diesem Bereich wirkenden Kräfte sehr hoch sind und daher ei­ ne zuverlässige Verbindung zwischen dem Ringträger und dem den Ringträger um­ gebenden Material erforderlich sind.

Weiterhin sind Kolben für Brennkraftmaschinen mit zumindest einem Ringträger be­ kannt, wobei an dem Ringträger ein Kühlkanalblech angeordnet ist, so daß ein in diesem Bereich radial umlaufender Kühlkanal entsteht, in welchem ein Kühlmedium (insbesondere Motoröl) zirkuliert, um den Kolbenboden zu kühlen. Hier ist es be­ kannt, daß der Ringträger und das Kühlkanalblech zwei einzelne Bauteile bilden, die durch Anschweißen des Kühlkanalblechs an dem Ringträger zu einem einzigen Bauteil vereinigt werden. Dieses Bauteil wird dann, wie weiter oben schon beschrie­ ben, ebenfalls in ein flüssiges Metallbad getaucht, d. h. alfiniert. Hierbei ist allerdings Voraussetzung, daß die Verbindung zwischen dem Ringträger und dem Kühlka­ nalblech, insbesondere eine Schweißnaht, absolut dicht ist, da ansonsten bei dem nachfolgenden Gießvorgang das in dem Kühlkanal befindliche Gas erwärmt wird und austreten kann, wenn Undichtigkeiten vorhanden sind. Dies verhindert die Bildung einer Alfinschicht in der Umgebung der Undichtigkeit. Somit ist also eine absolute Dichtheit des Kühlkanales erforderlich, die zum einem nur aufwendig zu erzielen ist und in einem weiteren Arbeitsschritt überprüft werden muß.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbens einer Brennkraftmaschine sowie einen Kolben anzugeben, bei dem der zu­ mindest eine Ringträger zuverlässig sich mit der Gießschmelze verbindet und wei­ terhin keine Probleme auftauchen, wenn an dem Ringträger ein Kühlkanalblech zur Herstellung eines Kühlkanales im Kolbenboden angeordnet ist.

Diese Aufgabe ist durch die Merkmale der jeweiligen unabhängigen Patentansprü­ che gelöst.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß der Ringträger vor dem Gießen des Kolbens mit einem Metallpulver beschichtet und erhitzt wird. Durch das Aufbringen eines Metallpulvers, das sich aus mehreren Bestandteilen zusammensetzen kann, und der nachfolgenden Erhitzung wird der Ringträger optimal mit einer Metallschicht überzo­ gen, die die verbesserte Bindung zwischen dem Material des Ringträgers und dem Material der Gießschmelze bewirkt.

In Weiterbildung der Erfindung wird vor der Beschichtung des Ringträgers mit dem Metallpulver an dem Ringträger ein Kühlkanalblech angeordnet. Insbesondere durch eine Formpassung wird das Kühlkanalblech selbstständig an dem Ringträger gehal­ ten, während auch eine zusätzliche Lagefixierung, z. B. durch einzelne Schweiß­ punkte, denkbar ist. Nach dem die Lage des Kühlkanalbleches zu dem Ringträger fi­ xiert wurde, erfolgt die Beschichtung mit dem Metallpulver. Aufgrund der nachfolgen­ den Erhitzung dieses Bauteiles kommt es zu einem Schmelzen des Metallpulvers, wodurch die Stoßbereiche zwischen dem Ringträger und dem Kühlkanalblech ab­ solut dichtend verschlossen werden. Ein wesentlicher und besonderer Vorteil liegt darin, daß durch die Erhitzung auch das sich in dem Kühlkanal befindliche Gas er­ hitzt und schon vor dem Eingießen des Ringträgers mit seinem Kühlkanalblech aus diesem Bereich entweichen kann, so daß während des Gießvorganges sich kein Gas mehr in dem Kühlkanal befindet, was entweichen und zu einer mangelhaften Alfinie­ rung führen könnte. Somit wird durch die Beschichtung und die Erhitzung einerseits das Kühlkanalblech an dem Ringträger festgelegt und andererseits kann sich das in dem Kühlkanal befindliche Gas noch über das schmelzende Metallpulver aus dem Kühlkanal entweichen.

In Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Beschichtung im Flammspritzverfahren. Dies ist ein Verfahren zum Auftragen von Metallpulver auf Bauteile, das bei Kolben bisher nicht angewendet wurde und vorteilhaft das Metallpulver auf dem Ringträger bzw. dem Kühlkanalblech haften läßt.

In Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Erhitzung in einer HF-Spule. Aufgrund des durch eine Spule erzeugten hochfrequenten elektrischen Feldes wird der Ringträger mit seinem angeordneten Kühlkanalblech (oder auch nur der Ringträger alleine) er­ hitzt, insbesondere kurzzeitig erhitzt, so daß das Metallpulver schmelzen und eine Verbindung mit dem Ringträger (und ggf. dem Kühlkanalblech) eingehen kann. Au­ ßerdem können in einer solchen HF-Spule gleichzeitig mehrere Ringträger erwärmt werden, wobei auch die kurzzeitige Erwärmung gerade bei der Serienproduktion von Kolben von Vorteil ist.

In Weiterbildung der Erfindung wird zur Beschichtung Aluminiumpulver oder Nickel­ pulver oder auch ein Pulvergemisch verwendet, wobei auch Aluminium- oder Nickel­ basislegierungen verwendet werden können, ggf. unter Beimischung zum Beispiel von Zinn, Zink, Kupfer oder dergleichen.

Erfindungsgemäß ist ein Kolben einer Brennkraftmaschine mit zumindest einem Ringträger und einem ggf. an dem Ringträger angeordneten Kühlkanalblech vorge­ sehen, bei dem der Ringträger vor dem Gießen mit einem Metallpulver beschichtet ist. Daraus ergibt sich in vorteilhafterweise nach dem Gießen des Kolbens eine opti­ male Verbindung zwischen dem Material des Ringträgers und der erstarrten Gieß­ schmelze in dem im Ringfeldbereich stark beanspruchten Kolbenboden. Besonderer Vorteil ist auch hier, daß durch die Beschichtung von Ringträgern und daran ange­ ordnetem Kühlkanalblech mit einem Metallpulver und dessen anschließender Erhit­ zung sich Gase, die sich in dem Kühlkanal befinden, während des Schmelzvorgan­ ges des Metallpulvers ausdehnen und den Kühlkanal verlassen können, während nach Erstarrung des geschmolzenen Metallpulvers das Kühlkanalblech dichtend und fest an dem Ringträger angeordnet ist. Danach kann das derart vorbereitete Bauteil für den weiteren Gießprozeß ohne aufwendige Dichtheitsprüfung verwendet werden. Außerdem ist dadurch sichergestellt, daß Gießschmelze nicht in den Kühlkanal ein­ dringen kann, da dieser absolut dicht ist.

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung eines Kolbens einer Brennkraftmaschine, bei dem zu­ mindest ein Ringträger des Kolbens vor dem Gießen des Kolbens in ein flüssiges Metallbad getaucht wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringträger vor dem Eintauchen in das Metallbad mit einem Metallpulver beschichtet und erhitzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Ringträger vor der Beschichtung ein Kühlkanalblech angeordnet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Be­ schichtung im Flammspritzverfahren erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhit­ zung in einer HF-Spule erfolgt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß zur Beschichtung als Metallpulver ein Aluminiumpulver verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß zur Beschichtung als Metallpulver ein Nickelpulver oder Nickelpulver zusätzlich zu dem Aluminiumpulver, verwendet wird.

7. Kolben einer Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch einen vor dem Tauchbeschichten und Gießen mit einem Metallpulver beschichteten Ringträger.

8. Kolben nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch ein an dem Ringträger ange­ ordnetes Kühlkanalblech.