DE102007052499A1

DE102007052499A1 - Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor sowie mit diesem Verfahren herstellbarer Kolben

Info

Publication number: DE102007052499A1
Application number: DE102007052499A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr. Ißler; Karlheinz Bing
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2007-11-02
Filing date: 2007-11-02
Publication date: 2009-05-07

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbens (20) für einen Verbrennungsmotor, mit einem Kolbenschaft (24) und einem einen Kolbenboden (22) und eine umlaufende Ringpartie (23) aufweisenden Kolbenkopf (21), mit den folgenden Verfahrensschritten: Herstellen eines Stranggussteils mit einem Kernwerkstoff (11) und einem den Kernwerkstoff (12) umgebenden Hüllwerkstoff (12); Abtrennen eines Kolbenrohlings (10) vom Stranggussteil; Umformen des Kolbenrohlings (10) in einer oder mehreren Stufen zu einem Kolben (20), derart, dass der Kernwerkstoff (11) zumindest den Kolbenboden (22) bildet und der Hüllwerkstoff (12) zumindest die Ringpartie (23) bildet; Fertigbearbeiten des Kolbens (20). Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen nach diesem Verfahren herstellbaren geschmiedeten Kolben (20), der aus einem Verbundwerkstoff besteht, der sich aus einem Kernwerkstoff (11) und einem Hüllwerkstoff (12) zusammensetzt, wobei der Kernwerkstoff (11) zumindest den Kolbenboden (22) und der Hüllwerkstoff (12) zumindest die Ringpartie (23) bildet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor, mit einem Kolbenschaft und einem einen Kolbenboden und eine umlaufenden Ringpartie aufweisenden Kolbenkopf. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen mit einem solchen Verfahren herstellbaren Kolben.
Ein gattungsgemäßer Kolben ist bspw. aus der DE 103 11 150 A1 bekannt. Dort wird ein geschmiedeter Kolben aus einem ersten Rohteil mit mindestens einer ebenen Stirnfläche aus oxidationsbeständigem Stahl und einem zweiten zylindrischen Rohteil mit mindestens einer ebenen Stirnfläche aus warmschmiedbarem Stahl beschrieben. Die beiden Rohteile werden durch Schmieden zu einem Kolbenrohling geformt. Der fertige Kolben besteht im Ergebnis im Bereich des Kolbenkopfs bis zur ersten Kolbenringnut aus dem oxidationsbeständigen Stahl.
Insbesondere bei hoch belasteten Ottomotoren besteht das Problem, dass die Kolbenringnuten einem erhöhten Nutverschleiß unterliegen. Daher wird versucht, mittels geschmiedeter Kolben aus zwei verschiedenen Werkstoffen zu erreichen, dass die Ringpartie aus einem besonders verschleißbeständigen Werkstoff besteht. Diesem Vorhaben sind dadurch Grenzen gesetzt; dass sich die gewünschten Werkstoffe nicht beliebig durch Schmieden miteinander verbinden lassen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein gattungsgemäßes Verfahren derart weiterzubilden, dass die gewünschten Werkstoffe möglichst beliebig miteinander verbindbar sind und der resultierende Kolben optimierte Verschleißeigenschaften insbesondere im Bereich der Ringpartie aufweist.
Die Lösung besteht in einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie in einem Kolben mit den Merkmalen des Patentanspruchs 26. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein Stranggussteil mit einem Kernwerkstoff und einem den Kernwerkstoff umgebenden Hüllwerkstoff hergestellt wird und ein Abschnitt von diesem Stranggussteil abgetrennt wird, der in einer oder mehreren Stufen derart zu einem Kolben umgeformt wird, dass der Kernwerkstoff zumindest einen Teil des Kolbenbodens bildet und der Hüllwerkstoff zumindest den oberen Bereich der Ringpartie bildet und dass der Kolben anschließend fertigbearbeitet wird. Der erfindungsgemäße Kolben zeichnet sich dadurch aus, dass er aus einem Verbundwerkstoff besteht, der sich aus einem Kernwerkstoff und einem Hüllwerkstoff zusammensetzt, wobei der Kernwerkstoff bevorzugt den Kolbenboden und der Hüllwerkstoff bevorzugt die Ringpartie bildet.
Das erfindungsgemäße Verfahren und der erfindungsgemäße Kolben zeichnen sich dadurch aus, dass der dem Schmiedeverfahren zu unterziehende Kolbenrohling aus einem Verbund-Stranggussteil hergestellt wird bzw. ist. Das Verbund-Stranggussteil weist einen Kernwerkstoff auf, der im fertigen Kolben zumindest den thermisch hoch belasteten Bereich des Kolbenbodens bildet und daher Eigenschaften aufweist, die den besonderen Belastungen durch Druck und Wärme, denen der Kolbenboden ausgesetzt ist, Rechnung tragen. Das Verbund-Stranggussteil weist ferner einen Hüllwerkstoff auf, der im fertigen Kolben zumindest einen Teil der Ringpartie bildet und der besonders verschleißbeständig ist. Auf diese Weise können die Festigkeits- und Verschleißeigenschaften verschiedener Bereiche des erfindungsgemäßen Kolbens wesentlich gezielter den Beanspruchungen angepasst werden können als bisher.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Als Hüllwerkstoff bzw. Kernwerkstoff können Legierungen auf der Basis von Kupfer, Magnesium, Aluminium oder Stahl verwendet werden. Aus all diesen Werkstoffen können in zahlreichen Kombinationen Verbund-Stranggussteile herstellt werden, so dass für jeden Kolbentyp die gewünschten Festigkeits- bzw. Verschleißeigenschaften wesentlich gezielter als bisher beeinflusst werden können. Hierbei sollten die beiden Werkstoffe hinsichtlich Gießtemperatur, Wärmeausdehnung und jeweiligem Erstarrungsverhalten, insbesondere Erstarrungsintervall, aufeinander abgestimmt sein, um Werkstofffehler während des Stranggießens zu vermeiden.
Als Hüllwerkstoff wird zweckmäßigerweise ein verschleißbeständiger, vorzugsweise hoch verschleißbeständiger Werkstoff und als Kernwerkstoff zweckmäßigerweise ein warmfester, vorzugsweise hochwarmfester Werkstoff verwendet. Beispiele für verschleißbeständige bzw. hoch verschleißbeständige Hüllwerkstoffe sind Aluminium-Silizium-Legierungen, insbesondere AlSi(12 ... 30) CuMgNi-Legierungen. Als Kernwerkstoffe besonders geeignet sind Aluminium-Silizium-Legierungen, deren Si-Gehalt unter dem eutektischen Punkt der Legierung liegt. Beispiele für verschleißfeste bzw. hoch verschleißfeste Kernwerkstoffe sind insbesondere siliziumfreie Legierungen auf der Basis von AlCu.
Eine weitere geeignete Werkstoffkombination für das erfindungsgemäße Verfahren sind verschleißbeständige Legierungen auf der Basis von Aluminium als Hüllwerkstoff und warmfeste Legierungen mit geringer Dichte auf der Basis von Magnesium als Kernwerkstoff.
Somit können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Kolben mit optimierten Festigkeits- bzw. Verschleißeigenschaften auch in Leichtbauweise hergestellt werden.
Im Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Herstellen des Stranggussteils unter Ultraschallanregung und/oder lokalem elektromagnetischem Rühren erfolgen, um Werkstofffehler wie Oxid- oder Lunkerbildung zu vermeiden. Aus dem gleichen Grund und/oder zur optimierten Einstellung der gewünschten Werkstoffeigenschaften kann im Schritt a) stattdessen oder zusätzlich das Stranggussteil einer Wärmebehandlung, insbesondere einem Zwischenglühen unterzogen werden. Ferner ist es auch möglich, im Schritt a) das Stranggussteil durch Warmumformen zu ziehen und damit in seinem Durchmesser zu reduzieren. Ferner kann zur Optimierung der Gefügequalität und/oder der Restporosität der Werkstoffe im Schritt a) das Stranggussteil einem isostatischen, vorzugsweise heißisostatischen Pressen unterzogen werden. Insbesondere bei der Verwendung von Stahl oder Stählen als Werk stoffe kann zur Optimierung der Werkstoffeigenschaften im Schritt a) das Stranggussteil einem kontrollierten Abkühlen unterzogen werden. Schließlich ist es auch denkbar, dass im Schritt a) das Stranggussteil einem Schälvorgang unterzogen wird, um eine äußere Gusshaut zu entfernen, die sich je nach Wahl des Hüllwerkstoffs während des Gießvorgangs gebildet hat und ggf. die Werkstoffeigenschaften des Hüllwerkstoffs beeinträchtigen könnte.
Im Schritt c) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Kolbenrohling bevorzugt warm umgeformt, insbesondere bei einer Temperatur dicht unterhalb der Schmelztemperatur des niedriger schmelzenden Werkstoffs. Der Kolbenrohling muss nicht in einem einstufigen Umformverfahren, sondern kann auch in zwei oder mehr Stufen umgeformt werden. Je nach Auswahl der Werkstoffe kann der Kolbenrohling zwischen den Stufen der Umformung einer oder mehreren Wärmebehandlungen, insbesondere Zwischenglühen, unterzogen werden, um die Umformtemperatur konstant zu halten und/oder die Werkstoffeigenschaften zu optimieren.
Besonders bevorzugt wird der Kolbenrohling einem Schmiedeverfahren, insbesondere einem isothermen Schmiedeverfahren unterzogen. Insbesondere bei einem isothermen Schmiedeverfahren für das Schmieden von Aluminiumlegierungen ist es von Vorteil, ein Schmiedewerkzeug mit einer Werkzeugtemperatur von 400°C bis 550°C, vorzugsweise 470°C, also ein beheiztes Schmiedewerkzeug zu verwenden und/oder ein Schmiedewerkzeug mit einer Stempelvorschubgeschwindigkeit von 1 bis 5 mm/sec zu verwenden. Schließlich kann es ratsam sein, im Schritt c) des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Trennmittel, insbesondere eine Folie oder ein Stahlblech, zwischen dem Kolbenrohling und dem Umformwerkzeug anzuordnen, um Beeinträchtigungen des Schmiedewerkzeugs zu vermeiden.
Auch zwischen den Schritten c) und d) des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Kolben einer Wärmebehandlung unterzogen werden, um die Werkstoffeigenschaften, bspw. die Gefügeeigenschaften zu optimieren. Insbesondere kann bei einem Kolben mit einem Werkstoff auf der Basis einer Aluminiumlegierung nach der Wärmebehandlung die Aluminiumlegierung im Zustand T7 (nach DIN EN 515, lösungsgeglüht und überhärtet (warmausgelagert)) vorliegen, während bei einem Kolben mit einem Werkstoff auf der Basis von Stahl die Wärmebehandlung in Form einer Vergütung oder einer definierten Abkühlung direkt aus der Schmiedewärme erfolgen kann.
Der erfindungsgemäße Kolben kann derart umgeformt werden, dass der Hüllwerkstoff zusätzlich zur Ringpartie auch die Außenfläche des Kolbenschaftes bildet, so dass auch die Außenfläche des Kolbenschaftes besonders verschleißfest ausgebildet ist. Ferner kann der erfindungsgemäße Kolben derart umgeformt werden, dass der Kernwerkstoff zusätzlich die Innenfläche des Kolbenschaftes bildet, die damit besonders warmfest ausgebildet ist.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in einer schematischen, nicht maßstabsgetreuen Darstellung:
1 ein Ausführungsbeispiel eines aus einem Verbund-Stranggussteil hergestellten Kolbenrohlings für einen erfindungsgemäßen Kolben;
2 der Kolbenrohling gemäß 1 nach einer ersten Umformstufe;
3 der Kolbenrohling gemäß 1 nach einer zweiten Umformstufe
4 der Kolbenrohling gemäß 1 nach einer dritten Umformstufe
5 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbens nach dem Fertigbearbeiten eines Kolbenrohlings gemäß 4.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines aus einem Abschnitt eines Verbundstrangguss-Teil hergestellten Kolbenrohlings 10. Der Kolbenrohling 10 besteht aus einem Kernwerkstoff 11 und einem den Kernwerkstoff 11 umgebenden Hüllwerkstoff 12. Der Kernwerkstoff 11 ist im Ausführungsbeispiel ein hoch-warmfester Werkstoff, bspw. eine Legierung vom Typ MAHLE M142 oder MAHLE M174. Geeignet ist für den Kern auch eine siliziumfreie Legierung, bspw. vom Typ MAHLE M-Sp25 (BS 2618) oder vom Typ MAHLE-Y. Vergleichbare Werkstoffe, insbesondere hinsichtlich ihrer Warmfestigkeit, sind ebenfalls geeignet. Der Hüllwerkstoff 12 ist im Ausführungsbeispiel ein hoch verschleißbeständiger Werkstoff, bspw. eine Legierung der Zusammensetzung AlSi(12 ... 30)CuMgNi; hierzu gehören beispielhaft Legierungen vom Typ MAHLE 138, MAHLE 145, MAHLE 147 und MAHLE 244. Zweckmäßigerweise muss darauf geachtet werden, dass der Kernwerkstoff 11 und der Hüllwerkstoff 12 hinsichtlich der Parameter Gießtemperatur, Wärmeausdehnung und jeweiliges Erstarrungsverhalten/Erstarrungsintervall so aufeinander abgestimmt sind, dass während der Verbundstranggießens ein stabiler Verbund aus Kernwerkstoff 11 und Hüllwerkstoff 12 entsteht.
Beim Verbundstranggießen wird ein zylindrisches Verbundstrangguss-Teil erhalten, aus dem durch Abtrennen der zylindrische Kolbenrohling 10 erhalten wird. Das Verbundstranggießen als solches ist bekannt, bspw. durch das Unternehmen Novelis (vgl. ALUMINIUM, 82 (2006), S. 953–957). Das Verbundstranggießen kann beim vorliegenden Ausführungsbeispiel als Standardprozess oder mit zusätzlicher Ultraschallanregung und/oder mit zusätzlichem lokalem elektromagnetischem Rühren erfolgen. Der resultierende Verbundgussstrang kann vor dem Abtrennen des Kolbenrohlings 11, je nach den ausgewählten Werkstoffen, ggf. vorbehandelt werden, bspw. durch Umformen, vorzugsweise Warmumformen unter Reduzierung seines Durchmessers (gezogener Verbundgussstrang), durch Wärmebehandlung, bspw. Zwischenglühen, durch isostatisches, vorzugsweise heißisostatisches Pressen zur Optimierung der Gefügequalität bzw. Restporosität oder durch Schälen, um eine eventuell gebildete äußerste Gusshaut zu entfernen.
Der Kolbenrohling 10 wird nun einem im Ausführungsbeispiel dreistufigen Umformprozess unterzogen. Die nach jeder Stufe resultierenden, umgeformten Kolbenrohlinge 10', 10'', 10''' sind in den 2 bis 4 dargestellt. Der Kolbenrohling 10 wird im Ausführungsbeispiel einem Schmiedeverfahren unterzogen und hierfür zunächst auf eine Temperatur dicht unterhalb der Schmelztemperatur des niedriger schmelzenden Werkstoffs (Kernwerkstoff 11 bzw. Hüllwerkstoff 12) erwärmt.
In der ersten Umformstufe (2) wirkt ein Schmiedewerkzeug in Richtung des Pfeils A auf den Kolbenrohling 10 ein, so dass ein Hohlraum 13 gebildet wird. Da durch werden an der Stirnfläche 14 des Kolbenrohlings 10 der Durchmesser des Kernwerkstoffs 11 vergrößert und die Schichtdicke des Hüllwerkstoffs 12 verringert. Ferner werden im Bereich des Hohlraums 13 Schenkel 15, 17 gebildet, deren nach außen zeigende Oberfläche vom Hüllwerkstoff 12 und deren nach innen zum Hohlraum 13 zeigende Oberfläche vom Kernwerkstoff 11 gebildet wird.
In der zweiten Umformstufe (3) wirkt wiederum ein Schmiedewerkzeug in Richtung des Pfeils A auf den Kolbenrohling 10' aus 2 ein. Dadurch wird der Hohlraum 13 geringfügig in Richtung der Stirnfläche 14 verlängert und deutlich verbreitert. Dadurch werden an der Stirnfläche 14 des Kolbenrohlings 10 der Durchmesser des Kernwerkstoffs 11 weiter vergrößert und die Schichtdicke des Hüllwerkstoffs 12 weiter verringert. Ferner werden die Schenkel 15, 17 gestreckt, so dass ihr Durchmesser gegenüber der ersten Umformstufe verringert wird.
In der dritten Umformstufe (4) wirkt ein erstes Schmiedewerkzeug in Richtung des Pfeils A und ein zweites Schmiedewerkzeug in Richtung des Pfeils B auf den Kolbenrohling 10'' aus 3 ein. Durch die Einwirkung des ersten Schmiedewerkzeugs wird der Hohlraum 13 noch weiter vergrößert, wodurch die Schenkel 15, 17 noch weiter gestreckt werden und ihr Durchmesser gegenüber der zweiten Umformstufe noch stärker verringert wird. Durch die Einwirkung des zweiten Schmiedewerkzeugs wird eine Einbuchtung 16 in die Stirnfläche 14 des Kolbenrohlings 10'' eingebracht, so dass die Stirnfläche 14 des resultierenden Kolbenrohlings 10''' nun vollständig vom Kernwerkstoff gebildet wird. Die Einbuchtung 16 kann auch durch das in Richtung des Pfeils A wirkende Schmiedewerkzeug hergestellt werden, indem die Schmiedeform mit einer der Einbuchtung 16 entsprechenden Erhöhung versehen ist.
Zwischen jeder Umformstufe kann bei Bedarf ein Zwischenglühen oder ein zwischengeschaltetes Aufheizen des Kolbenrohlings 10' bzw. 10'' bzw. 10''' vorgenommen werden.
Nach Beendigung der dritten Umformstufe kann, je nach Auswahl der Werkstoffe, eine Wärmebehandlung des Kolbenrohlings 10''' vorgenommen werden. Bspw. kann, wenn ein Werkstoff auf der Basis von Aluminium eingesetzt ist, dieser Werkstoff nach der Wärmebehandlung im Zustand T7 (nach DIN EN 515), d. h. lösungsgeglüht und überhärtet (wärmeausgelagert) vorliegen. Bei einem Stahlwerkstoff kann dieser vergütet oder durch definierte Abkühlung direkt aus der Schmiedehitze wärmebehandelt werden.
Der Kolbenrohling 10''' wird nun in an sich bekannter Weise zu einem Kolben 20 fertig bearbeitet, wie er beispielhaft in 5 dargestellt ist. Der Kolben 20 weist einen Kolbenkopf 21 mit einem mit einer Brennraummulde 22' versehenen Kolbenboden 22 und einer umlaufenden Ringpartie 23 auf, wobei die Brennraummulde 22' vollständig aus dem Kernwerkstoff 11 und die Ringpartie 23 vollständig aus dem Hüllwerkstoff 12 besteht. Der Kolben 20 weist ferner einen Kolbenschaft 24 mit Nabenbohrungen 25 und Kolbenlaufflächen 26 auf. Die nach innen zum Hohlraum 13 weisenden Oberflächen des Kolbenschaftes 24 sind aus dem Kernwerkstoff 11 gebildet, während die nach außen zeigenden Oberflächen, d. h. die Kolbenlaufflächen 26, aus dem Hüllwerkstoff 12 gebildet sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10311150 A1 [0002]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- DIN EN 515 [0015]
- ALUMINIUM, 82 (2006), S. 953–957 [0024]
- DIN EN 515 [0030]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Kolbens (20) für einen Verbrennungsmotor, mit einem Kolbenschaft (24) und einem einen Kolbenboden (22) und eine umlaufenden Ringpartie (23) aufweisenden Kolbenkopf (21), mit den folgenden Verfahrensschritten: a) Herstellen eines Stranggussteils mit einem Kernwerkstoff (11) und einem den Kernwerkstoff (11) umgebenden Hüllwerkstoff (12); b) Abtrennen eines Abschnitts vom Stranggussteil als Kolbenrohling (10); c) Umformen des Kolbenrohlings (10, 10', 10'', 10''') in einer oder mehreren Stufen zu einem Kolben (20) derart, dass der Kernwerkstoff (11) zumindest einen Teil des Kolbenbodens (22) bildet und der Hüllwerkstoff (12) zumindest einen Teil der Ringpartie (23) bildet; d) Fertigbearbeiten des Kolbens (20).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Hüllwerkstoff (12) bzw. Kernwerkstoff (11) Legierungen auf der Basis von Kupfer, Magnesium, Aluminium oder Stahl verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Hüllwerkstoff (12) ein verschleißbeständiger Werkstoff und als Kernwerkstoff (11) ein warmfester Werkstoff verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Hüllwerkstoff (12) eine Aluminium-Silizium-Legierung verwendet wird, insbesondere eine Al-Si(12 ... 30)CuMgNi-Legierung.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Kernwerkstoff eine Aluminium-Silizium-Legierung verwendet wird, deren Si-Gehalt unter dem eutektischen Punkt der Legierung liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Kernwerkstoff (11) eine siliziumfreie Legierung auf der Basis von Aluminium verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Hüllwerkstoff (12) eine Legierung auf der Basis von Aluminium und als Kernwerkstoff (11) eine Legierung auf der Basis von Magnesium verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt a) das Herstellen des Stranggussteils unter Ultraschallanregung und/oder lokalem elektromagnetischem Rühren erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt a) das Stranggussteil einer Wärmebehandlung, insbesondere einem Zwischenglühen unterzogen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt a) das Stranggussteil durch Warmumformen gezogen und damit in seinem Durchmesser reduziert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt a) das Stranggussteil einem isostatischen, insbesondere heißisostatischen Pressen unterzogen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt a) das Stranggussteil einem kontrollierten Abkühlen unterzogen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt a) das Stranggussteil einem Schälvorgang unterzogen wird, um eine äußere Gusshaut zu entfernen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt c) der Kolbenrohling (10) warm umgeformt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenrohling (10) bei einer Temperatur dicht unterhalb der Schmelztemperatur des niedriger schmelzenden Werkstoffs umgeformt wird.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenrohling (10) in zwei oder mehr Stufen umgeformt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenrohling (10) zwischen den Stufen der Umformung einer oder mehreren Wärmebehandlungen, insbesondere Zwischenglühen, unterzogen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenrohling (10) einem Schmiedeverfahren, insbesondere einem isothermen Schmiedeverfahren unterzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schmiedewerkzeug mit einer Werkzeugtemperatur von 400°C bis 550°C, vorzugsweise 470°C, verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schmiedewerkzeug mit einer Stempelvorschubgeschwindigkeit von 1 bis 5 mm/sec verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt c) ein Trennmittel, insbesondere eine Folie oder ein Stahlblech, zwischen dem Kolbenrohling (10) und dem Umformwerkzeug angeordnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Schritten c) und d) der Kolben (20) einer Wärmebehandlung unterzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Kolben (20) mit einem Werkstoff auf der Basis einer Aluminiumlegierung nach der Wärmebehandlung die Aluminiumlegierung im Zustand T7 (nach DIN EN 515, lösungsgeglüht und überhärtet (warmausgelagert)) vorliegt.
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Kolben (20) mit einem Werkstoff auf der Basis von Stahl die Wärmebehandlung in Form einer Vergütung oder einer definierten Abkühlung direkt aus der Schmiedewärme erfolgt.
Kolben (20), herstellbar nach einem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 24.
Geschmiedeter Kolben (20) für einen Verbrennungsmotor, mit einem Kolbenschaft (24) und einem einen Kolbenboden (22) und eine umlaufenden Ringpartie (23) aufweisenden Kolbenkopf (21), dadurch gekennzeichnet, dass er aus einem Verbundwerkstoff besteht, der sich aus einem Kernwerkstoff (11) und einem Hüllwerkstoff (12) zusammensetzt, wobei der Kernwerkstoff (11) zumindest einen Teil des Kolbenbodens (22) und der Hüllwerkstoff (12) zumindest einen Teil der Ringpartie (23) bildet.
Kolben nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Hüllwerkstoff (12) zusätzlich die Außenfläche des Kolbenschaftes (24) bildet.
Kolben nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Kernwerkstoff (11) zusätzlich die Innenfläche des Kolbenschaftes (24) bildet.
Kolben nach einem der Ansprüche 25 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass als Hüllwerkstoff (12) bzw. Kernwerkstoff (11) Legierungen auf der Basis von Kupfer, Magnesium, Aluminium oder Stahl vorgesehen sind.
Kolben nach einem der Ansprüche 25 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass als Hüllwerkstoff (12) ein verschleißbeständiger Werkstoff und als Kernwerkstoff (11) ein warmfester Werkstoff vorgesehen ist.
Kolben nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass als Hüllwerkstoff (12) eine Aluminium-Silizium-Legierung vorzugsweise eine AlSi(12 .. 30)CuMgNi-Legierung, vorgesehen ist.
Kolben nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass als Kernwerkstoff eine Aluminium-Silizium-Legierung vorgesehen ist, deren Si-Gehalt unter dem eutektischen Punkt der Legierung liegt.
Kolben nach einem der Ansprüche 30 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass als Kernwerkstoff (11) eine siliziumfreie Legierung auf der Basis von Aluminium vorgesehen ist.
Kolben nach einem der Ansprüche 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, dass als Hüllwerkstoff (12) eine Legierung auf der Basis von Aluminium und als Kernwerkstoff (11) eine Legierung auf der Basis von Magnesium vorgesehen ist.
Kolben nach einem der Ansprüche 25 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass er eine wärmebehandelte Aluminiumlegierung und/oder einen wärmebehandelten Stahl aufweist.