DE1525942A1

DE1525942A1 - Kolben fuer Brennkraftmaschinen und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE1525942A1
Application number: DE19661525942
Authority: DE
Inventors: Nossiter Clarence Frank; Hill Harold Taylor
Original assignee: Wellworthy Ltd
Current assignee: Wellworthy Ltd
Priority date: 1965-07-14
Filing date: 1966-07-07
Publication date: 1970-01-08
Also published as: US3405610A; GB1146835A

Description

PATENTANWÄLTE

DR HUGO WiLCKEN · DIPL.-iNG. TH. WILCKEN 15259 4

D - 24 LÜBECK. BREITE STRASSE 82-54

30, Dez, 1968

Anmelderi Vellworthy Limited, Lymington, Hampshire, Stanford Boad, England

Kolben für Brennkraftmaschinen und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines aus mehreren Metallen bestehenden Kolbens für Brennkraftoder andere Kolbenmaschinen, nach dem ein Kolbenkörper mit Krone und Schaft aus Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung gegossen wird, wobei während oder nach dem -Gießen ■•wenigstens .in-einer Druck- bzw. Lauffläche des Kolbenschaftes eine Aussparung ausgeformt wird, daß die Aussparungen durch Metallaufspritzen mit einem Material mit besseren Trag- und Laufeigenschaften ausgefüllt werden, die denen des Leichtmetalls bzw. der Leichtmetallegierung des Kolbenkörpers überlegen sind, wonach der Kolben mit der aufgespritzten Materialeinlage durch spangebende odeE andere Bearbeitung in die endgültige 3?orni gebracht wird»

Es ist bekannt, insbesondere die Druck- bzw. G-leitflächen von Kolben für Brennkraftmaschinen oder andere Kolbenmasehi— nen mit einem Metallüberzug aus schwerachmelzenden Metallen» ζ.-B. Molybdän, oder aus Kunststoff zu versehen, um die Lauf-

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und trageigenschaften der in den Zylindern arbeitenden Kolben zu verbessern. Die hierbei verwendeten Kolben bestehen aus Schwermetall, z.B. Stahl- oder ü-ußeiKen, und die auf die Druckflächen, die zwecks besserer Haftung, des Überzugs besonders vorbereitet werden, aufzubringenden Schwermetallüberzüge, werden mittels des Ketail-FlamßiSpritzverfahrens aufgespritzt.

Es hat sich nun gezeigt, daß beim Metallaufspritzen von schwer schmelzenden Metallen auf Leichtmetallkolben, z.B. aus Aluminium oder dessen Legierungen, das Rietall-Flamnispritzverfahren nicht angewendet werden kann, denn die mittels dieses Verfahrens aufgespritzten Schwerruetalle gehen mit der Leichtmetallunterlage keine dauerhafte Verbindung ein, und die Metallüberzüge sind Überdies nicht selten fehlerhaft, z.B. wird das Molybdän bei derartiger Anwendung porcis und inhomogen, oft sogar auch .auf einer Schwermetallunterlage, was bei einer Verbesserung der Laufund l'rageigenschaften der Druck- bzw. Gleitflächen des Kolbenschaftes unerwünscht ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, gefügedichte, dauerhafte und einwandfreie ke callüberzüge aus schwerschmelzenden Metallen auf nicht besonders vorbereitete Leichtmetallunterlagen, insbesondere auf Druckflächen von Kolben für Brennkraftmaschinen oder andere Kolbenmaschinen durch Metallspritzen aufzubringen, um deren Lauf- und Trageigen-

sohaften zu verbessern. * „

- BAD ORl-SfNAL "

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Die Lösung der Auf gate "besteht darin, daß bei den« eingangs genannten Verfahren das Material mittels einer Plasma-Lichtbogen-Spritzpistole in die Aussparungen zu deren Ft'] lung gespritzt -wird, und daß das aufgespritzte Metall., z.B. aus v/olfraiu-KarMd, iMickelalumi nide oder dicht em fcolj'bdän "besteht. Ein weiteres vorteilhaftes kerkmal ist darirr zu sehen, daß die Aussparungen vor der endgültigen fertigstellung des Kolbens mit der Plasma-Li chtbogen-'Spritzpi stole in einen, solchen Ausmaß gefüllt werden, daß die Aussparungen leicht überfüllt sind, wonach das überstehende Laterial H₁Bvschinell entfernt wird, um ciie endgültige überfloche des kolbenscii.-.ftes zu. schaff er . Ein anderes .vortei lhai'te& Kerk- ^; mal bes .eht bei dem nach diesem erf inoungsgemäßei. Verfahren hergestellten Kolien darin* daß getrennte Belage bzw. Einlagen, ir, jeder Druckfläche vorgesehen sind, daß sich je-r de Einlage in axialer Hichtiing des Kolbens zwischen dem offenen i-jnae des Kolbenschaf tes und einer Träger zone mit Koltenriingnuten und, dem Kolbensohaft nahe der Kolbenkrone erstreckt und in Richtung"'auf diese Zone- sich kegelig verjüngt.

Durch die erf j naun^sgemäße Anwendung des Ivietall-Plasma-Licht-..bogenspritzverfahrens ist es nunmehr möglich, gefügedichte," sauer hafte und einwandfreie 3chv?ermetallüberzü.ge auf Lei eh. trrietallkolben aufzubringen; auch brauchen hierbei die Druckflächen eier ^gIlen nicht besonders vorbereitet zu werden, so daß nunmehr die La-uf- und ,Trageigenschaften des Kolbens verbessert sind.

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Ein- Ausführungafreispiel der Erfj ηdung wird nachstehend anhand der anliegendem Zeichnung näher erläutert, und zwar

1- ein« schema tasche Seitenansicht eines mit einem Be lag versehenen Kolbens nach einer Ausftihrungsform der Erfindung und

Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1

in der Zeichnung ist ein Kolben für eine Brennkraftmaschine aus gegoBSienem Leichtmetall dargestellt, der beispielsweise aus Aluminium oder einer Magnesiumlegierung besteht üfii aus einer· Er one 1 und einem Kolbenschaft oder Schürze 2

ist* 3er obere Teil des Schaftes 2 bildet

und weist eine Anzahl von Kolbenringnuten 3^;: auf. Ein iaar KolbenlDlzenlager 4. (Fig. 2) sind in Seihaft 2 eingegossen und dienen zur Aufnahme eines nipht Kolbenbolzens zur Verbindung des Kolbens mit

Der soitäft 2 1st mit Druck- oder eieitfläch'e-n 5 Versehen, welche im allgemeinen im Winkel von 90° bezüglich der- Achse der Kolbenbolzenlager 4 angeordnet sind. * - ■■"■■...--. ■ - -

Cxem'ä'ß dieser· "Ausfuhrungßform der Erfindung ist eine Aussparung 6 in jedeT der Druckflächen 5 vorgesehen, welche einen aufgespritzten Überzug, Belag oder- eine Einlage 7 aus toolyb-' di&Yij, WOlfr'am-KärbM-, Isiickelaluminid, Eisen, Stahl oder aus einem anderen geeigneten Material enthält, welches Lagerbzw*. Laufeig'ens"ch"aften in Bezug auf das Gleiten und Traufen-

■ aufweist, die teaser sind als die des Grundmaterials bzw. der Grundlegierung des Kolbens. Anstelle von Metall kann •die Einlage 7 auch, aus einem geeignetem Plastikmaterial "bestehen, z.B. aus Polytetrafluoräthylen, welches als · Dispersion aufgespritzt werden kann. Jede Ausnehmung 6 und

-'deshalb auch jede Einlage 7 ist kegelartig ausgebildet und erstreckt sich über die Gleitfläche' 5 zwischen dem offenen Snde des Schaftes und der untersten Nut 3, obwohl sie sich ebenfalls über die Brücken zwischen den Nuten 5 erstrecken kann, wie gestrichelt in Fig. 1 angedeutet ist. '

Jede Aussparung kann während des Gießens des Kolbens oder nach dim Gießvorgang durch maschinelle Bearbeitung oder auf andere Weise in den herkömmlichen Kolben eingearbeitet werden. Jede Aussparung wird vor dem endgültigen Fertigstellen des Kolbens mit dem dem Verschleiß ausgesetzten Einlagematerial gefüllt, und zwar durch Anwendung des Metall-Plasmaliehtbogenspritzverfahrens. Hierbei wird das Verschleißmaterial mit einer Plasma-Liohtbogenspritzpistole in einer solchen Menge in die Aussparung gespritzt, daß diese gerade leioht überfüllt ist. Das überstehende Material wird nachfolgend maschinell entfernt, um eine Oberfläche zu schaffen, welche kontinuierlich in die übrige äußere Oberfläche des Kolbensohaftes Übergeht. '

ϊϊβηη das aufgebrachte Material besonders hart ist, wird der Kolbensohaft vorzugsweise geschliffen j dies auch dann, wenn besonders glatte Oberflächen erreicht werden sollen, wie

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auch das aufgebrachte Material deshalb geschliffen v.ird, um die üblicherweise geforderte Qualität der Kolbenform des fertigen Kolbens zu erreichen.. Gewisse Beläge können mit normalen Werkzeugen abgedreht oder mit Diamantwerkzeugen gehont werden, was von der Beschaffenheit der geforderten Oberfläche abhängt.

Kolben der beschriebenen Art können äußerst wirksam in Maschinen mit Zylinderblöcken aus-einer Leichtmetallegierung arbeiten, welche der des ivolbenmaterials ähnlich sein kann, wobei die Kolben in direktem reibenden Kontakt mit den Zylinderbohrungen liegen. Es ist jedoch ebenfalls möglich, daß solche Kolben in Zylinder blöcken aus eine/ Legierung verwendet werden können, wobei die Blöcke mit stählernen oder harten Ivietallzylinderbuchsen oder mit bespritzten oder plattierten Zylinderbohrungen versehen sein können.

Die Erfindung ist ,ebenfalls auf Kolben anwendbar, die bezüglich der Kronenforoi Unterschiede aufweisen und die Eippen oder Stege, Schaftversteifungsbänd ex und., Wärmebegrenzungsmittel wie Schlitze aufweisen. Die Erfindung kann auch bei Stahlstreifenkolben und aas einem Stück bestehenden oder mit unterteiltem Schaft versehenen Kolben angewendet werden. Außerdem können diese Kolben aus einer Vielzahl verschiedener -Leichtmetallegierungen, z.B. Aluminium, Magnesiumlegierungen oder aus nichtmetallischen-.."Werkstoffen hergestellt werden. ,; " ' . ■■"■"■■ . ."...," BAD QiSSiMAL

Der Kolben kann^ auch eine Einlage nar in einer statt¹ in zwei &leitfläc;he*i Oder auch in anderen Bereichen der äußeren Kolteiiouejxfläciie aufweisen, und die lorm der oder Jed-e Einlage kann von. der¹ in d«r· Zeichnung dargestellten abweichen, da beispielsweise die oder jede Einlage in getrennte Segmeinte oder xslnge aufgeteilt sein kann, die sieh um die^ SeJa&r-za hei um eis tr ecken. Der oder jeder Aussparung kann eine u^erflaclitenform.gegeben werden, welche die Verke±luiig "h-zw*. TTeribii!iäu.ng der jiinlage mit dem EollDen verbessext.

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2.· Verfahren nach'Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (6) vor der endgültigen Fertigstellung des Kolbens mit der Plasma-Lichtbogen-Spritzpistole in einem solchen Ausmaß gefüllt werden, daß die Aussparungen (6) leicht überfüllt sind, wonach das überstehende Material maschinell entfernt wird, um die endgültige Oberfläche des Kolbens zu schaffen.
3. Kolben nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß getrennte Beläge bzw. Einlagen in jeder Druckfläche (5) vorgesehen sind, daß sich jede Einlage in axialer Richtung des Kolbens zwischen dem offenen Ende des Kolbenschaftes und einer I'rägerzone mit Kolbenringnuten an dem Kolbenschaft nahe der Kolbenkrone erstreckt und in Eichtung auf diese Zone sich kegelig verjüngt.
4. Kolben nach Änspruoh^S, dadurch gekennzeichnet, daß sich jede Einlage ebenfalls über die Zone mit den Kolbenringnuten in Eichtung auf die Kolbenkrone erstreckt.
5. Kolben nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die oder jede Einlage in getrennte Segmente oder Hinge unterteilt ist bzw« sind, welche in · Sichtung der Kolbenachse mit Abstand zueinander liegen.

Le e rs e i f e