DE19813430A1 - Lightweight piston for use in diesel engines - Google Patents

Lightweight piston for use in diesel engines

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Abstract

The lightweight piston has reinforcing applied to the crown and to the upper sides of the piston to prevent thermal distortion and hence damage to the engine. The reinforcing comprises steel, nickel, monel or other metals and is applied as a layer onto the base metal of the piston. The piston is pressed by hydro forming using inner pressure. The forming uses a sheet or a tube as a base material and is formed in steps.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbundgußkolben und ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundgußkolbens mit einem Kopfteil und einem das Kopfteil wenigstens teilweise über­ deckenden Armierungsteil.The invention relates to a composite casting piston and a method for producing a Composite casting piston with a head part and at least partially over the head part covering reinforcement part.

Bei hochbelasteten Kolben, beispielsweise aus Al-Legierungen treten aufgrund thermischer und mechanischer Spannungen bedingt durch das Alterungsverhalten, Kerbwirkungen an der Oberfläche und Gefügeveränderungen auf, welche in Verbindung mit hohen mecha­ nischen Belastungen Risse im Kolbenbodenbereich zur Folge haben können. Diese Risse haben eine sehr hohe Fortschrittsgeschwindigkeit und führen zur Zerstörung des Bauteils und damit meist zu einer Totalzerstörung des Motors. Wegen der für das Arbeitsverfahren oft unerläßlichen Brennraummulde sind Kolben für direkt einspritzende Dieselmotoren besonders stark betroffen.Highly loaded pistons, for example made of aluminum alloys, occur due to thermal and mechanical stresses due to aging behavior, notch effects of the surface and structural changes, which in connection with high mecha niche loads can cause cracks in the piston crown area. These cracks have a very high rate of progress and lead to the destruction of the component and thus mostly to a total destruction of the engine. Because of the working process Pistons for direct-injection diesel engines are often indispensable combustion chamber troughs particularly badly affected.

Aus der DE-OS 25 13 272 und der DE-OS 36 02 241 sind Kolben für Brennkraftmaschinen bekannt, wobei eine Verschalung des Kolbenkopfteiles mit einem Armierungsteil in einem Gießprozeß erfolgt bzw. ausgebildet wird. Hierbei haben Verbesserungen des Alterungsver­ haltens der Kolbenlegierung und Erhöhen der Warmfestigkeit den Einsatzbereich für Al-Druckgußkolben in höherbelasteten Verbrennungsmotoren erschlossen. Weiter steigende Anforderungen setzten jedoch vor allem wegen der gießverfahrensbedingten Gefügein­ homogenitäten und Oxide im Gußteil Grenzen.From DE-OS 25 13 272 and DE-OS 36 02 241 pistons for internal combustion engines known, wherein a casing of the piston head part with a reinforcement part in one Casting process takes place or is formed. Here have improvements in aging keeping the piston alloy and increasing the heat resistance the area of application for aluminum die-cast pistons opened up in more highly loaded internal combustion engines. Further increasing However, requirements mainly arise due to the structure of the casting process Homogeneities and oxides in the casting limits.

Als Abhilfe werden beispielsweise im Rennsport und bei hochaufgeladenen Ottomotoren Schmiedekolben eingesetzt, die jedoch wegen des Fehlens eines Ringträgers bei Diesel­ motoren nicht verwendet werden können. Derartige Preßkolben sind in der Herstellung aufwendiger als Gußkolben und damit auch teurer. As a remedy, for example, in racing and with supercharged gasoline engines Forged pistons used, however, because of the lack of a ring carrier in diesel motors cannot be used. Such plungers are in production more complex than cast iron and therefore also more expensive.  

Bei Dieselmotoren mit entsprechend hoher Belastung verwendet man zur Lösung dieses Problems gebaute Kolben, Pendelschaftkolben oder Kolben aus Eisenwerkstoffen, die deut­ lich höhere Temperaturbelastungen und Zünddrücke als Al-Werkstoffe ertragen können. Nachteilig ist, daß bei der Verbrennung hohe Oberflächentemperaturen entstehen, die das Temperaturniveau des gesamten Brennraumes anheben. Dadurch entstehen bei der Ver­ brennung vermehrt Stickoxide, was einen hohen Aufwand bei der Abgasnachbehandlung erfordert. Zudem wird die Füllung des Brennraumes im Ansaugtakt deutlich schlechter und der Gesamtwirkungsgrad des Motors nimmt ab. Alle Kolben aus Eisenwerkstoffen sind relativ massereich, was sich negativ auf den Massenausgleich besonders bei schnellaufenden Motoren auswirkt.This is used to solve diesel engines with a correspondingly high load Problems built pistons, pendulum-shaft pistons or pistons made of ferrous materials can withstand higher temperatures and ignition pressures than Al materials. The disadvantage is that high surface temperatures occur during combustion, which the Raise the temperature level of the entire combustion chamber. This creates in ver combustion increases nitrogen oxides, which means a high level of exhaust gas aftertreatment required. In addition, the filling of the combustion chamber in the intake stroke is significantly worse and the overall efficiency of the engine decreases. All pistons are made of ferrous materials relatively massive, which negatively affects the mass balance especially with fast-moving Engines.

Bei weiteren Lösungsvorschlägen, beispielsweise gemäß der EP 0 295 481 A2, werden partielle Verstärkungen im Bereich der höchsten Spannungen vorgesehen bzw. einge­ gossen, z. B. Graugußringe am Muldenrand. Diese haben den Nachteil, daß entweder die Festigkeit der Verbindungsschicht, beispielsweise Alfin, nicht ausreicht oder die erforderlichen Verbindungsstreben durch das Gußteil stark rißfördernd sind.In the case of further proposed solutions, for example according to EP 0 295 481 A2 partial reinforcements in the area of the highest voltages provided or switched on pour, e.g. B. Gray cast iron rings on the edge of the trough. These have the disadvantage that either the Strength of the connecting layer, for example Alfin, is insufficient or the required Connection struts through the casting are strongly promoting cracking.

Es gibt auch Versuche, im Aluminium faserverstärkte Bereiche mittels Squeeze Cast herzustellen. Dies hat jedoch den Nachteil, daß unvermeidbare, sporadisch auftretende Fehl- bzw. Störstellen im Faserverbund als Rißstarter wirken.There are also attempts to squeeze cast in the aluminum fiber reinforced areas to manufacture. However, this has the disadvantage that unavoidable, sporadically occurring Defects or defects in the fiber composite act as a crack starter.

Aus der DE-OS 24 32 990 ist ein Kolben für Verbrennungskraftmaschinen bekannt, wobei ein Mantelabschnitt den Kolben in vorbestimmten Abschnitten überdeckt.From DE-OS 24 32 990 a piston for internal combustion engines is known, wherein a jacket section covers the piston in predetermined sections.

In der EP 0 118 204 B1 wird ein Kolben für eine Brennkraftmaschine beschrieben, wobei eine Verstärkung aus eisenhaltigem Material über einem Kolben aus Aluminium angeordnet ist und für eine feste Verbindung mit der Aluminiumverbindung Öffnungen aufweist.EP 0 118 204 B1 describes a piston for an internal combustion engine, wherein a reinforcement made of ferrous material is placed over an aluminum piston and has openings for a firm connection with the aluminum connection.

Aus dem Aufsatz "Aufweitstauchen von Rohren durch Innenhochdruckumformen" von Dr.-Ing. Friedrich Klaas, Blech Rohre Profile 35 (1988) 3, Seite 175 bis 180, und aus dem Aufsatz "Verfahren und Maschinen für die Kaltumformung von Rohren" von Dr.-Wirtsch.-Ing. Fritz-J. Neff, Blech Rohre Profile 28 (1981) 2, Seite 54 bis 57 ist ferner das Innenhochdruck­ umformen von Rohren, beispielsweise für Auspuffrohre bekannt. From the essay "Expanding pipes by internal high pressure forming" by Dr.-Ing. Friedrich Klaas, Blech Rohr Profile 35 (1988) 3, pages 175 to 180, and from the Article "Processes and machines for the cold forming of pipes" by Dr.-Wirtsch.-Ing. Fritz-J. Neff, Blech Rohr Profile 28 (1981) 2, pages 54 to 57 is also the internal high pressure forming pipes, known for example for exhaust pipes.  

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der obengenannten Art zur Verfügung zu stellen, wobei die obengenannten Nachteile überwunden werden und thermisch-mechanische Schädigungen hochbelasteter Bereiche von Aluminium-Kolben durch einen örtlichen Einbau von Armierungsteilen höherer Warmfestigkeit zu verhindern.The present invention has for its object a method of the above Art to provide, the above disadvantages are overcome and thermal-mechanical damage to highly loaded areas of aluminum pistons to prevent reinforcement parts with higher heat resistance from being installed locally.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst.This object is achieved by a method of the above. Kind with the in claim 1 marked features solved.

Dazu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß das Armierungsteil aus einem Ausgangs­ werkstück mittels Hydro-Umformung entsprechend Konturen eines zu überdeckenden Abschnitts des Kopfteils hergestellt wird.For this purpose, it is provided according to the invention that the reinforcement part from an output Work piece by means of hydroforming according to the contours of a workpiece Section of the headboard is made.

Vorteilhafterweise werden hierdurch Fertigkonturen bereitgestellt, welche eine hohe Maß- genauigkeit aufweisen und eine nachfolgende Bearbeitung entbehrlich machen. Des weiteren ist eine kostengünstige Herstellung der Armierungsteile trotz zum Teil komplexer Konturen gewährleistet. Die hydrogeformten Armierungen können vergleichsweise dünn­ wandig ausgebildet sein und tragen somit zu einer Reduktion des Kolbengesamtgewichtes bei.Advantageously, this provides ready-made contours that have a high dimensional have accuracy and make subsequent processing unnecessary. Of Another is an inexpensive manufacture of the reinforcement parts, in spite of being more complex in some cases Contours guaranteed. The hydroformed reinforcements can be comparatively thin be walled and thus contribute to a reduction in the total piston weight at.

Ein durch Hydro-Umformung hergestelltes Armierungsteil kann einfach in einem nach­ folgenden Alfin-Verfahren eingegossen werden kann, ohne daß eine Nachbearbeitung erforderlich ist.A reinforcement part produced by hydroforming can simply be made in one step following Alfin process can be cast without post-processing is required.

Zweckmäßigerweise erfolgt die Hydro-Umformung mittels Innenhochdruckumformung.The hydraulic forming is expediently carried out by means of internal high-pressure forming.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird als Ausgangswerkstück ein flaches Blech oder Rohr verwendet.In a particularly advantageous embodiment, a flat workpiece is used as the starting workpiece Sheet or tube used.

Ein einfaches und kostengünstiges Verfahren ergibt sich dadurch, daß das Armierungsteil mittels partiellen Ausbauchens eines Ausgangswerkstückes, mittels rotationssymmetrischen Aufweitens eines Ausgangswerkstückes oder mittels rotationssymmetrischen Aufweit­ stauchens eines Ausgangswerkstückes hergestellt wird.A simple and inexpensive method results from the fact that the reinforcement part by partially bulging an original workpiece, by means of rotationally symmetrical Widening a starting workpiece or by means of rotationally symmetrical widening upsetting an original workpiece.

In vorteilhafter Weise werden dabei wenigstens zwei der voranstehenden drei Umformungs­ arten kombiniert. Advantageously, at least two of the above three reshaping types combined.  

Eine Nachbearbeitung des Verbundgußkolbens ist aufgrund der hohen Maßgenauigkeit des Armierungsteils entbehrlich.Post-processing of the composite casting piston is due to the high dimensional accuracy of the Reinforcement part unnecessary.

Besonders, aber nicht ausschließlich bei Kolben für direkt einspritzende Dieselmotoren erhält man durch eine hinterschnittene Muldenform zusätzlich eine formschlüssige Verbin­ dung, die von der Alfinverbindung stoffschlüssig unterstützt wird.Especially, but not exclusively, for pistons for direct injection diesel engines an undercut trough shape also gives a positive connection dung that is supported by the alfin compound.

In besonders bevorzugter Weise wird der Formschluß dadurch verbessert, daß ein Kolben­ ringfeld im Einguß- bzw. Armierungsteil mit ausgeformt wird.In a particularly preferred manner, the positive connection is improved in that a piston ring field is molded in the casting or reinforcement part.

Als Material für das Einguß- bzw. Armierungsteil wird zweckmäßigerweise warmfester Stahl mit Wärmeausdehnungskoeffizienten ähnlich dem verwendeten Al-Werkstoff verwendet. Aufgrund der im Vergleich zu diesem Al-Werkstoff schlechteren Wärmeleitfähigkeit dieses Stahles wird nach einem Kaltstart einer hiermit ausgestatteten Brennkraftmaschine deren Betriebstemperatur schneller erreicht, welches Vorteile bezüglich der Kaltstartemissionen und des Anspringverhaltens eines nachgeschalteten Katalysators bringt.Heat-resistant steel is expediently used as the material for the cast-in or reinforcing part with coefficients of thermal expansion similar to the Al material used. Because of the poorer thermal conductivity compared to this Al material After a cold start of an internal combustion engine equipped with this, Stahles becomes its Operating temperature reached faster, which benefits in terms of cold start emissions and the light-off behavior of a downstream catalytic converter.

Das Herstellungsverfahren mittels Hydroforming bzw. Hydro-Umformung läßt Materialdicken von ca. 0,4 mm bis ca. 3 mm insbesondere am Verbundguß- bzw. Armierungsteil zu, so daß eine sehr dünne Schale hoher Paßgenauigkeit auf den Kolben aufgebracht werden kann. Wegen dieser hohen Paßgenauigkeit des Einguß- bzw. Armierungsteiles kann eine Bear­ beitung des Kolbenbodens und einer Ringpartie entfallen, wenn die gesamte Bearbeitung von diesem Bereich ausgeht.The manufacturing process using hydroforming or hydroforming leaves material thicknesses from about 0.4 mm to about 3 mm, in particular on the composite casting or reinforcement part, so that a very thin shell with high accuracy of fit can be applied to the piston. Because of this high accuracy of fit of the casting or reinforcement part, a Bear Processing of the piston crown and a ring section are omitted if the entire processing starts from this area.

Ferner wird erfindungsgemäß ein Kolben für eine Brennkraftmaschine mit einem Armie­ rungsteil vorgeschlagen, welches ein Kopfteil des Kolbens wenigstens teilweise überdeckt, wobei das Armierungsteil nach dem voranstehenden Verfahren gefertigt ist.Furthermore, according to the invention, a piston for an internal combustion engine with an armature tion part proposed, which at least partially covers a head part of the piston, wherein the armoring part is manufactured according to the above method.

Weitere Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, sowie aus der nachstehenden Beschreibung eines Ausfüh­ rungsbeispieles der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung. Diese zeigt in Further features, advantages and advantageous configurations of the invention result from the dependent claims, as well as from the following description of an embodiment Example of the invention with reference to the accompanying drawings. This shows in  

Fig. 1 einen Teilschnitt eines erfindungsgemäßen Verbundgußkolbens gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform, Fig. 1 shows a partial section of a Verbundgußkolbens according to a first preferred embodiment,

Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie A-A von Fig. 1, Fig. 2 is a sectional view taken along line AA of Fig. 1,

Fig. 3 einen Teilschnitt eines erfindungsgemäßen Verbundgußkolbens gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform und Fig. 3 is a partial section of a Verbundgußkolbens according to a second preferred embodiment of the invention, and

Fig. 4 bis 6 weitere Teilschnitte erfindungsgemäßer Verbundgußkolben gemäß weiterer bevorzugter Ausführungsformen. FIGS. 4 to 6 more partial sections according to the invention Verbundgußkolben according to further preferred embodiments.

Die in Fig. 1 dargestellt erste Ausführungsform eines Verbundgußkolbens 14 für einen Turbodieselmotor mit Direkteinspritzung hat ein Armierungsteil 10 und eine Kolbenober­ fläche 12. Das Armierungsteil 10 ist dabei derart mit dem Kolben 14 verbunden, daß das Armierungsteil einen nicht näher dargestellten Brennraum begrenzt und das Material des Kolbens 14 vor hohen Temperaturen und Drücken im Brennraum abschirmt.The first embodiment shown in FIG. 1 of a composite casting piston 14 for a turbodiesel engine with direct injection has a reinforcing part 10 and a piston surface 12 . The reinforcing part 10 is connected to the piston 14 in such a way that the reinforcing part delimits a combustion chamber (not shown in more detail) and shields the material of the piston 14 from high temperatures and pressures in the combustion chamber.

Fig. 2 zeigt den Aufbau der verschiedene Schichten des Verbundgußkolbens. Von oben, also von der Kolbenoberseite 12 her gesehen sind folgende Schicht vorgesehen: Das Armierungsteil 10, welches mittels Hydroforming vorgeformt wurde und eine Verbindungs­ schicht 16, welche einen Stoffschluß zwischen dem Armierungsteil 10 und einem nach­ folgenden Grundmaterial 18 aus einem Schwerkraftguß herstellt. An den Punkten 20 ist eine formschlüssige Verbindung zwischen Armierung 10 und Kolben 14 ausgebildet. Fig. 2 shows the structure of the different layers of the composite casting piston. From above, that is seen from the piston top 12 , the following layer is provided: the reinforcing part 10 , which was preformed by means of hydroforming, and a connecting layer 16 , which produces a material bond between the reinforcing part 10 and a base material 18 according to the following from a gravity casting. A positive connection between reinforcement 10 and piston 14 is formed at points 20 .

Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Verbundgußkolbens für einen Ottomotor. Fig. 3 shows a second embodiment of a composite cast piston for a gasoline engine.

Es sind auch partielle Armierungen 10 möglich. Dies ist in den Fig. 4 bis 6 dargestellt. Diese partiellen Armierungen 10 dehnen sich beispielsweise nur auf den hochbelasteten oder auf den Muldenbereich bis hin zu einer Oberflanke einer ersten Ringnut 22 aus. In Fig. 4 ist zusätzlich ein Ringträger 24 vorgesehen, welcher ebenfalls hydrogeformt sein kann. Bei diesen Varianten sind mehr oder weniger partielle Bodenbearbeitungsmaßnahmen vor­ teilhaft. Partial reinforcements 10 are also possible. This is shown in FIGS. 4 to 6. These partial reinforcements 10 extend, for example, only to the highly loaded area or to the trough area up to an upper flank of a first annular groove 22 . In FIG. 4, a ring carrier 24 is additionally provided, which can also be hydroformed. These variants are more or less partial tillage measures before geous.

Außer Stahlwerkstoffen können im wesentlichen alle alfinierbaren Werkstoffsorten ver­ wendet werden. Besonders bevorzugt sind nickelhaltige bzw. kupfer-nickelhaltige, warmfeste Werkstoffe, wie beispielsweise Monel oder ähnliches. Für den Einsatz dieser Werkstoffe wird in vorteilhafter Weise die Zusammensetzung des Alfinbades geeignet modifiziert. Im Prinzip eignen sich alle im flüssigen Aluminium anlösbaren Werkstoffe.In addition to steel materials, essentially all types of material that can be financed can be used be applied. Nickel-containing or copper-nickel-containing, heat-resistant are particularly preferred Materials such as Monel or the like. For the use of these materials advantageously modified the composition of the Alfinbad suitably. Basically all materials soluble in liquid aluminum are suitable.

Das bekannte Alfin-Verfahren im Schwerkraftguß wird bisher bei Verbundguß von Aluminium mit Eisenwerkstoffen durchgeführt und hat sich besonders beim Einguß eines Ringträgers als zuverlässig bewährt. Mittels dieses Alfin-Verfahrens wird nunmehr vorgeschlagen, ein Kolbenoberteil bzw. ein Armierungsteil 10 einzugießen, welches entweder einen eng be­ grenzten Bereich hoher Spannung verstärkt oder den gesamten Kolbenkopf 14 einschließ- lich der Ringpartie umfaßt. Dieses Armierungsteil 10 ist dabei paßgenau mittels eines Hydroformingverfahrens vorgefertigt und benötigt daher keine oder nur eine geringe weitere Bearbeitung.The known Alfin method in gravity casting has hitherto been carried out in the case of composite casting of aluminum with iron materials and has proven to be particularly reliable when casting in a ring carrier. By means of this Alfin method, it is now proposed to cast in a piston upper part or a reinforcing part 10 , which either reinforces a narrowly restricted area of high tension or encompasses the entire piston head 14 including the ring section. This reinforcement part 10 is prefabricated using a hydroforming process and therefore requires little or no further processing.

Eingegossen wird das Armierungsteil 10 bevorzugt im Alfinverfahren, wobei die spätere Kolbenoberfläche 12 vor dem Alfinieren passiviert wird, so daß eine einseitige Alfinschicht aufgebracht werden kann. Die Passivierung kann durch jede Art von Oberflächenschicht erzeugt werden, die von der Schmelze des Alfinbades nicht benetzt wird, z. B. durch keramische oder graphithaltige Schichten, oder auch durch Aufdampfen oder Aufspritzen von Schichten geeigneter Werkstoffe.The reinforcing part 10 is preferably cast in using the alfin process, the subsequent piston surface 12 being passivated before the alfinizing, so that a one-sided alfin layer can be applied. The passivation can be generated by any type of surface layer that is not wetted by the melt of the Alfin bath, e.g. B. by ceramic or graphite-containing layers, or by vapor deposition or spraying on layers of suitable materials.

Warmfeste Al-Legierungen können hierbei weiterhin als Gußwerkstoff verwendet werden. Zusätzlich erhält man eine Armierung von rißgefährdeten Stellen mit hochwarmfesten Stahl­ werkstoffen, die eine bis zu 4fach höhere Wärmefestigkeit aufweisen. Die dünne Stahlum­ mantelung erzeugt in der Warmlaufphase des Motors eine schnellere Aufheizung der Kolbenoberfläche 12. Dadurch entstehen weniger Emissionen an unverbrannten Kohlen­ wasserstoffen, Partikeln und Kohlenmonoxid.Heat-resistant aluminum alloys can continue to be used as a casting material. In addition, reinforcement of crack-prone areas is obtained with high-temperature steel materials that have up to 4 times higher heat resistance. The thin steel jacket produces a faster heating of the piston surface 12 in the warm-up phase of the engine. This results in fewer emissions of unburned hydrocarbons, particles and carbon monoxide.

Der Armierungswerkstoff besteht aus homogenem Walzmaterial mit feinstem, fehlerfreiem Gefüge ohne Gußinhomogenitäten.The reinforcement material consists of homogeneous rolled material with the finest, flawless Structure without casting inhomogeneities.

Eine Bearbeitung des Kolbenbodens kann entfallen, da das Einguß- bzw. Armierungsteil 10 im benötigten Toleranzbereich herstellbar ist. Machining of the piston crown can be omitted, since the casting or reinforcement part 10 can be manufactured within the required tolerance range.

Der Ringträger herkömmlicher Konstruktion kann durch eine entsprechende Formgebung des Armierungsteiles 10 ersetzt werden.The ring carrier of conventional construction can be replaced by a corresponding shaping of the armoring part 10 .

Gegenüber Stahlkolben, gebauten Kolben und Pendelschaftkolben ergeben sich Gewichts­ vorteile durch lediglich eine dünne Stahlarmierung. Dies verbessert das Schwingungsver­ halten der Motoren besonders bei 3- und 4-Zylindermotoren. Ferner sind höhere Drehzahlen möglich. Durch eine verbesserte Wärmeabfuhr durch dünne Ummantelung des Al-Kerns entstehen bei Betriebstemperatur niedrigere Stickoxid-Emissionen. Ferner sind die Her­ stellungskosten deutlich geringer.Compared to steel pistons, built pistons and pendulum-shaft pistons, weight results advantages through only a thin steel reinforcement. This improves the vibration level keep the engines especially with 3 and 4 cylinder engines. There are also higher speeds possible. Thanks to improved heat dissipation thanks to the thin sheathing of the Al core lower nitrogen oxide emissions occur at operating temperature. Furthermore, the Her service costs significantly lower.

Im Vergleich mit Preßlingen ist nunmehr eine Armierung der Ringnut zur Verschleißreduktion möglich, was Preisvorteile mit sich bringt.In comparison with compacts, the ring groove is now reinforced to reduce wear possible, which brings price advantages.

Gegenüber früheren Verbundgußkolben mit Muldenrandeinsätzen und Spinnen ergibt sich eine Verbesserung des Form- und Kraftschlusses durch größere zusammenhängende Flächen. Es kommt zu keinen Kerbwirkungen durch Verbindungsstege zwischen Mulden­ rand und Ringträger. Der Einguß eines Ringträgers ist bei Teilbearbeitung des Kolben­ bodens nach wie vor möglich.Compared to earlier composite cast pistons with bowl edge inserts and spiders, this results in an improvement of the positive and frictional connection through larger coherent Surfaces. There are no notch effects due to connecting webs between troughs edge and ring bearer. The pouring of a ring carrier is during partial machining of the piston still possible.

Im Gegensatz zu mittels Squeeze Gast (Flüssigpressen) infiltrierten Faserarmierungs­ einsätzen ergibt sich eine höchste Homogenität in der Oberflächenschicht des Ver­ bundgußteiles, welches praktisch kerbwirkungsfrei ist. Ferner erzielt man eine höhere Warmfestigkeit gegenüber faserverstärktem Aluminium.In contrast to fiber reinforcement infiltrated with Squeeze Gast (liquid presses) use results in the highest homogeneity in the surface layer of the Ver cast part, which is practically notch effect. Furthermore, a higher one is achieved Heat resistance to fiber-reinforced aluminum.

Anstelle des Alfin-Verfahrens oder ähnlicher Eintauch-Löseprozesse kann das Einguß­ verfahren mit Verbindungsschichten für Aluminium aus z. B. Zinn, Zink oder Kupfer versehen werden, welche bevorzugt galvanisch oder gespritzt aufgebracht werden. Damit kann das Eingußteil im Schwerkraftguß kraftschlüssig eingegossen werden.Instead of the Alfin process or similar immersion release processes, the sprue can be used procedure with connection layers for aluminum from z. B. tin, zinc or copper which are preferably applied galvanically or sprayed. So that can Cast-in part in gravity casting is cast in a force-fitting manner.

Eine weitere bevorzugte Variante besteht darin, das Eingußteil durch Flamm- oder Plasma­ spritzen einseitig zu beschichten, wobei eine poröse Oberfläche erzeugt wird. Beim Einguß mittels Flüssigpressen entsteht eine Diffusionsbindung, welche die Alfinbindung an Zugfe­ stigkeit noch übertrifft. Another preferred variant consists in the pouring part by flame or plasma spray coating on one side, creating a porous surface. When pouring a liquid diffusion bond forms the alfine bond to Zugfe stability still surpasses.  

Es ist auch möglich, bei sehr dünnen Armierungsteilen auf die Bindungsschicht 16 zwischen Armierung 10 und Grundwerkstoff 18 (Fig. 2) zu verzichten. Hierbei wird das Armierungsteil im Gesenk eingeschmiedet und findet über Formschluß Halt.It is also possible to dispense with the binding layer 16 between the reinforcement 10 and the base material 18 ( FIG. 2) in the case of very thin reinforcement parts. Here, the reinforcement part is forged into the die and is held in place by positive locking.

Claims (13)

1. Verfahren zum Herstellen eines Verbundgußkolbens mit einem Kopfteil und einem das Kopfteil wenigstens teilweise überdeckenden Armierungsteil, dadurch gekennzeichnet, daß das Armierungsteil aus einem Ausgangswerkstück mittels Hydro-Umformung ent­ sprechend Konturen eines zu überdeckenden Abschnitts des Kopfteils hergestellt wird.1. A method for producing a composite casting piston with a head part and a reinforcing part at least partially covering the head part, characterized in that the reinforcing part is produced from an initial workpiece by means of hydroforming accordingly contours of a portion of the head part to be covered. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydro-Umformung mittels Innenhochdruckumformung erfolgt.2. The method according to claim 1, characterized in that the hydroforming takes place by means of hydroforming. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangswerkstück ein flaches Blech oder Rohr verwendet wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that a flat sheet or tube is used as the starting workpiece. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Armierungsteil mittels partiellen Ausbauchens eines Ausgangswerkstückes her­ gestellt wird.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the reinforcement part by partially bulging an original workpiece is provided. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Armierungsteil mittels rotationssymmetrischen Aufweitens eines Ausgangswerk­ stückes hergestellt wird.5. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the reinforcement part by means of a rotationally symmetrical expansion of an initial work piece is produced. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Armierungsteil mittels rotationssymmetrischen Aufweitstauchens eines Ausgangswerkstückes hergestellt wird.6. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that  the reinforcement part by means of rotationally symmetrical expansion dipping Starting workpiece is produced. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei der Umformungsarten gemäß Ansprüche 4 bis 6 kombiniert werden.7. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that at least two of the types of forming can be combined according to claims 4 to 6. 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einem nachfolgenden Schritt das Armierungsteil mittels eines Alfin-Verfahrens stoffschlüssig in einem bekannten Gießverfahren eingegossen wird.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in a subsequent step, the reinforcement part using an Alfin process is integrally cast in a known casting process. 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine hinterschnittene Muldenform des Kolbens ausgebildet wird.9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that an undercut trough shape of the piston is formed. 10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kolbenringfeld im Armierungsteil mit ausgeformt wird.10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a piston ring field is formed in the reinforcement part. 11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Material für das Armierungsteil ein warmfester Stahl verwendet wird.11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that A heat-resistant steel is used as the material for the reinforcement part. 12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Armierungsteil eine Materialdicke von 0,4 mm bis 3 mm eingeformt wird.12. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a material thickness of 0.4 mm to 3 mm is molded into the reinforcement part. 13. Kolben für eine Brennkraftmaschine mit einem Armierungsteil, welches ein Kopfteil des Kolbens wenigstens teilweise überdeckt, dadurch gekennzeichnet, daß das Armierungsteil nach einem Verfahren gemäß wenigstens einem der vorher­ gehenden Ansprüche gefertigt ist.13. Piston for an internal combustion engine with a reinforcement part, which is a head part of the piston at least partially covered, characterized in that the reinforcement part according to a method according to at least one of the above going claims is made.
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