DE1284759B - Kolben fuer Arbeits- und Kraftmaschinen - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf einen Kolben für Arbeits- und Kraftmaschinen, bei dem im Bereich der Nuten das Kolbenmaterial entfernt bzw. fortgelassen und durch mindestens zwei unterschiedliche Materialarten ersetzt ist.
• Zweck der Erfindung ist es, die Laufeigenschaften, insbesondere aber die Lebensdauer von Kolben für Arbeits- und Kraftmaschinen zu verbessern.
• Bei Werkstücken, die einer erhöhten Abnutzung durch rollende Reibung ausgesetzt sind, wendet man .das Auftragschweißen an und bringt,dadurch auf das Werkstück beispielsweise zuerst eine Pufferlage mit großem Verformungsvermögen und anschließend mindestens eine weitere Lage mit hoher Verschleißfestigkeit auf. In Übertragung dieses Gedankens auf solche Teile von Verbrennungskraftmaschinen, die einer gleitenden Reibung unterliegen, wie beispielsweise Kolben, Zylinderlaufflächen usw., ist es ferner bekannt, eine Schutzschicht auf einen Teil der Gleitflächen aufzubringen, welcher dem Verbrennungsraum benachbart und der stärksten mechanischen Beanspruchung ausgesetzt ist. Diese Schutzschicht kann in Ausnehmungen der zu belegenden Teile aufgebracht sein.
• Aufgabe der Erfindung ist :es, insbesondere im Bereich der Ringnuten, aber auch am Kolbenboden durch Aufbringen entsprechender Materialien Dauerbrüche auszuschalten, die unter Umständen zum Abreißen ganzer Kolbenteile führen.
• Insbesondere tritt beim Anfahren von z. B. Dieselmotoren mit Preßluft eine a@diabatische Entspannung der Anfährluft auf, was örtlich zum erheblichen Abschrecken der Kolbenteile mit der erhöhten Gefahr der Rißbildung führt. Ferner werden Korrosionen vorwiegend beim Betrieb von Schwerölen aus den Verbrennungsprodukten von Vanadium und Schwefel zu Vanadiumpentoxyd und Schwefeldioxyd hervorgerufen. Aus diesem Grund muß das Auftragschweißen nach dem Entfernen -des Materials, insbesondere im Bereich der Ringnuten, nach speziellen Gesichtspunkten erfolgen. Insbesondere muß die auf das Ursprungsmaterial aufzubringende innere Schicht so beschaffen sein, daß sie einen ,Ausgleich bewirkt, d. h., sie muß in der Lage sein, solche Materialzusätze aus dem ursprünglichen Material zu absorbieren, die dort unter Umständen schädlich sind.
• Gelöst wird die gestellte Aufgabe dadurch, daß drei Materiallagen mit unterschiedlichen Eigenschaften in der richtigen Reihenfolge aufgebracht werden, und zwar wird a) am Außenbereich der Kolbenwandung ein Metall (Metallegierung) mit abbrandmindernden Eigenschaften bei hoher Dehnung, b) im Mittelbereich ein Metall (Metallegierung) mit den Eigenschaften, zäh undfoder verschleißfest und/oder korrosionsbeständig zu sein und c) in der Übergangszone zum Ursprungsmaterial ein zähes und weiches Metall (mit hoher Dehnfähigkeit) vorgesehen.
• Die innere Schicht stellt die Verbindung zwischen dem ursprünglich vorhandenen Kolbenmaterial und den Außenschichten dar. Es soll vorzugsweise »mager« sein; beispielsweise kann es sich um einen Stahl .mit 1,519/o Mangangehalt bei niedrigem Kohlenstoffgehalt handeln. Dieses Material hat auch die Aufgabe, gefährliche Dauerbrüche im Nutengrund zu verhindern.
• Auf diese innere Zone wird nun die nächste Materialschicht durch Schweißen aufgebracht. Hier handelt es sich um .ein zähes, verschleißfestes und korrosionsbeständiges bzw. korrosionsminderndes Material mit beispielsweise einem austenitischen bzw. perlitischen und/oder ferritischen bzw. martensitischen oder sorbitischenGefüge bei Zusätzen bis zu beispielsweise 3'% Chrom und 0,3% Kohlenstoff, 119/o Molybdän oder z. B. 1,819/o Cr, 819/o Ni, 6'% Mn. Diese Zone im Mittelbereich bildet die Nuten zur Aufnahme der Ringe.
• Um nun im Außenbereich die Abbrandgefahr zu mindern, wird hier ein weiteres Material aufgebracht, das ähnliche Eigenschaften aufweisen muß wie die ,den Abbrand sichernde Schicht am Kolbenboden. Es handelt sich also um ein Material mit sehr hoher Dehnung, so daß die gefährlichen Kantenrisse vermieden werden, z. B. 25% Cr, 419/o Ni oder z. B. 219/o Mn, 1'% Cr, 0,519/o Mo.
• In Ergänzung der zu lösenden Aufgabe wird weiter vorgeschlagen, daß der Kolbenboden mit einer Materialschicht zusätzlich abgedeckt wird. Diese Abdeckschichtsoll in an sich bekannter Weise abbrandmindernde Eigenschaften und gegebenenfalls einen großen Dehnwert aufweisen (z. B. eine Metallegie-@rung mit Molybdän und/oder Chrom).
• Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, und zwar zeigt F i g. 1 in Ansicht den oberen Teil eines Kolbens, F i g. 2 in stark vergrößertem Maßstab die ein- bzw. aufzubringenden unterschiedlichen drei Schichten.
• Der Kolbenboden ist mit einer Abdeckschicht 4 versehen, die sowohl dem Abbrand als auch dem mechanischen Verschleiß und der Korrosion von chemischen Verbrennungsrückständen begegnen soll. Diese Schicht wird durch Aufschweißen (Legen von Raupen in Schneckenform oder Ringform und Nachbearbeitung) aufgebracht.
• Im Bereich 5 :der Nuten wird das ursprüngliche Material vollständig entfernt, wie beispielsweise durch ,die ;gestrichelte Linie 6 angedeutet; es werden also alle Nuten entfernt; @es entsteht eine etwa rechteckige (im Schnitt gesehen) Aussparung. Man kann aber das Ausarbeiten auch jeweils pro Nut vornehmen, entsprechend der gestrichelten Linie 7.
• F i g. 2 zeigt im Schnitt das einzubringende Material, das zwischen sich die jeweiligen Nuten neu bildet.
• Im innersten Bereich, also unmittelbar auf das noch vorhandene Kolbenmaterial, wird die Übergangszone 1 durch Legen von Schweißnähten erstellt, wobei es sich um ein Material mit hoher Dehnungsfähigkeit handeln muß. Diese Metallegierung muß weiter die Eigenschaft haben, sich gut z. B. mit dem Stahlguß (Material des Kolbens) zu verbinden.
• Auf ,diese Zone wird jetzt -die Schicht 2 aufgebracht. Diese Schicht 2 im Mittelbereich besteht aus einer Metallegierung, die zäh und insbesondere verschleißfest ist. Außerdem muß dieses Material eine hohe Korrosionsbeständigkeit zeigen.
• Die Außenlage 3 besteht aus einer Metallegierung mit abbrandmindernden Eigenschaften bei hoher Dehnung. Diese Schicht verhindert die Rißbildung an den gefährdeten Kanten, während die Zone 2 die Rißbildung innerhalb der Nuten unterbindet.

Claims (3)

1. Patentansprüche: 1. Kolben für Arbeits- und Kraftmaschinen, bei dem im Bereich der Nuten das Kolbenmaterial entfernt bzw. fortgelassen und durch mindestens zwei unterschiedliche Materialarten ersetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß drei Materiallagen mit unterschiedlichen Eigenschaften vorgesehen sind, nämlich: a) am Außenbereich (3) der Kolbenwandung ein Metall (Metallegierung) mit abbrandmindernden Eigenschaften bei hoher Dehnung, b) im Mittelbereich (2) ein Metall (Metallegierung) mit den Eigenschaften, zäh und/oder verschleißfest und/oder korrosionsbeständig zu sein, und c) in Zone (1) (Übergangszone) ein zähes und weiches Metall (mit hoher Dehnfähigkeit), z. B. ein Stahl mit 1,5'% Mangangehalt bei niedrigem Kohlenstoffgehalt.
2. 2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenboden mit einer Materialschicht (4) zusätzlich abgedeckt ist.
3. 3. Kolben nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Abdeckschicht (4) in an sich bekannter Weise abbrandmindernde Eigenschaften und gegebenenfalls einen großen Dehnwert aufweist (z. B. eine Metallegierung mit Molybdän und/oder Chrom).