DE19824859A1 - Leichtmetallkolben mit Oberflächenbewehrung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Leichtmetallkolben mit im Siebdruckverfahren aufgebrachter Oberflächenbewehrung (14) aus einem siebdruckfähigen Lack; um die Kolbenbewehrung dahingehend zu verbessern, daß sie einerseits eine sehr gute Dauerlauftauglichkeit und andererseits sehr gute Notlaufeigenschaften unter Mangelschmierung aufweist, wird der Leichtmetallkolben erfindungsgemäß so ausgebildet, daß die Oberflächenbewehrung (14) in Zonen (16, 18) unterschiedlicher Lackzusammensetzung in Kolbenlaufrichtung aufeinanderfolgend oder alternierend vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Leichtmetallkolben mit im Siebdruckverfahren aufgebracht er Oberflächenbewehrung aus einem siebdruckfähigen Lack.

Die Anforderungen an im Siebdruckverfahren beschichtete Leichtmetallkolben, die in Motoren mit Zylinderlaufflächen aus Aluminiumwerkstoffen, insbesondere mit entsprechenden plauteaubildenden Ausscheidungen, verwendet werden, nehmen aufgrund der steigenden Motorleistungen zu. Einerseits ist eine lange Haltbarkeit der in Frage kommenden Kunststoff-Lack­ schichten gefordert, andererseits soll das Einlauf- und Notlaufverhalten in Mangelschmierungszuständen, wie sie bspw. zu Beginn eines Motorstarts bei niedrigen Temperaturen vorliegen, gewährleistet sein.

Es hat sich gezeigt, dass bestimmte Kunststoffschichten bzw. Lackzusammensetzungen unter hydrodynamisch günstigen Bedingungen eine sehr gute Dauerlauftauglichkeit zeigen.

Unter Bedingungen mit hoher Mischreibung oder Mangelschmierung schneiden diese bestimmten Kunststoff-Lack­ schichten im Hinblick auf die Notlaufeigenschaften jedoch schlechter ab als Lackzusammensetzungen, die speziell als Einlauf- oder Notlaufbewehrungen konzipiert wurden. Letztere werden jedoch im Laufe des Motorbetriebs in stärkerem Maße abgetragen und verlieren somit ihre Funktion als Trennschicht zwischen Leichtmetallkolben und Leichtmetall-Zylinderlauffläche (schlechtere Dauerlauftauglichkeit).

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Leichtmetallkolben mit einer im Siebdruckverfahren aufgebrachten Oberflächenbewehrung so auszubilden, dass die Kolbenbewehrung einerseits eine sehr gute Dauerlauftauglichkeit und andererseits sehr gute Notlaufeigenschaften unter Mangelschmierung aufweist.

Diese Aufgabe wird bei einem Kolben der genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Oberflächenbewehrung in Zonen unterschiedlicher Lackzusammensetzung in Kolbenlaufrichtung aufeinanderfolgend oder alternierend vorgesehen ist.

Es werden also nach der Erfindung wenigstens zwei unterschiedliche Lackzusammensetzungen zur Bildung der Oberflächenbewehrung verwendet, wobei die eine Lackzusammensetzung im Hinblick auf eine gute Dauerlauftauglichkeit und die andere Lackzusammensetzung im Hinblick auf gute Notlaufeigenschaften optimiert ist.

Die Oberflächenbewehrung wird dann vorzugsweise so aufgebracht, dass Zonen unterschiedlicher Lackzusammensetzung in Kolbenlaufrichtung aufeinanderfolgend bzw. abwechselnd vorgesehen sind.

Es hat sich gezeigt, dass auf diese Weise ein im Hinblick auf die Anwendung im Motor optimierter Kolben erhalten werden kann. In bevorzugter Weise sind die Zonen quer zur Kolbenlaufrichtung erstreckt. Sie sind vorzugsweise streifenförmig ausgebildet, wobei die streifenförmigen Zonen eine Breite von 3 bis 10 mm aufweisen.

Es wäre denkbar, dass die Zonen zur Kolbenlängsachse geneigt aufgetragen sind. Es erweist sich indessen als vorteilhaft, wenn die vorzugsweise streifenförmigen Zonen in Umfangsrichtung des Kolbens konzentrisch zur Kolbenlängsachse erstreckt sind, da dies auch der Abrollbewegung des Kolbens über die Siebkomponente einer Siebdruckvorrichtung entspricht. Es wird jedoch ausdrücklich daraufhingewiesen, dass die Anordnung der Zonen auf dem Kolbenschaft nicht notwendigerweise in der vorstehend ausgeführten Weise vorgesehen sein müssen.

Im Hinblick auf eine Optimierung der siebdruckfähigen Lacke, bei denen es sich um Polymere oder Kunstharzzusammensetzungen handelt, wurde festgestellt, dass sich Lackzusammensetzungen mit darin eingebrachten Festschmierstoffen, bspw. in der Form von Graphit oder Molybdändisulfid oder Polytetrafluorethylen, zur Erfüllung guter Notlaufeigenschaften als besonders vorteilhaft erweisen. Im Hinblick auf eine gute Dauerlauftauglichkeit erweisen sich hingegen festschmierstofffreie Lackzusammensetzungen als geeigneter. Diese festschmierstofffreien Lackzusammensetzungen können aus einem kompatiblen Bindersystem, Polymer oder Harz mit darin eingebrachten verstärkende Zusatzstoffe, vorzugsweise auf metallischer Basis, wie z. B. Eisenpartikel, umfassen. Die unterschiedlichen Lackzusammensetzungen der Zonen sollten aus jeweils kompatiblen, d. h. miteinander verträglichen Bindersystem (z. B. Harz oder Polymer) bestehen, damit sie auch in einem einzigen Arbeitsgang aufgedruckt werden können.

Insofern ist der Leichtmetallkolben in Weiterbildung der Erfindung gekennzeichnet durch erste Zonen mit einer Festschmierstoffe enthaltenden Lackzusammensetzung und durch zweite Zonen mit einer festschmierstofffreien Lackzusammensetzung.

Von der Erfindung erfasst ist auch eine Verfahren zum Herstellen einer Oberflächenbewehrung im Siebdruckverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 oder alternativ mit den Merkmalen des Anspruchs 9.

Nach Anspruch 8 wird die Oberflächenbewehrung aus Zonen unterschiedlicher Lackzusammensetzung in einem einzigen Druckvorgang aufgebracht. Hierfür wird das Sieb der hierfür verwandten Siebdruckvorrichtung mittels mehrerer quer zur Abrollrichtung des Kolbens angeordneter Lackauftragseinrichtungen (Düsen) mit Lacken unterschiedlicher Zusammensetzung beaufschlagt, wobei die Lage der Lackauftragseinrichtungen den Zonen der herzustellenden Bewehrung entsprechend positioniert wird, so dass quer zur Abrollrichtung aufeinanderfolgende Gebiete unterschiedlicher Lackzusammensetzung auf der Siebkomponente gebildet werden.

Nach Anspruch 9 werden kurz aufeinanderfolgend zwei Druckvorgänge ausgeführt, wobei zunächst ein Lack einer ersten Lackzusammensetzung in ersten Zonen des Kolbens aufgedruckt wird, und dieser Aufdruck vorzugsweise unter Verwendung eines Infrarot-Strahlers angetrocknet wird, und hiernach Lack einer zweiten Zusammensetzung in zweiten von den ersten Zonen verschiedenen Zonen des Kolbens aufgedruckt wird, derart, dass die ersten Zonen und die zweiten Zonen in Kolbenlaufrichtung abwechseln. Es ist hierbei eine Frage der Verfahrensoptimierung, ob zur Durchführung des zweiten Druckvorgangs die Siebkomponente ausgewechselt wird oder eine weitere Siebdruckvorrichtung eingesetzt wird.

Als Lackauftragseinrichtungen können an sich bekannte Dosierspender verwendet werden, wodurch gewährleistet ist, dass beide Lacke ökonomisch eingesetzt werden.

Die Figur zeigt eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Leichtmetallkolbens.

Die Figur zeigt einen Leichtmetallkolben 2 mit einem sich an den Feuersteg 4 anschließenden Ringfeld 6 und einem Kolbenschaft 8. Auf den Kolbenschaft 8 im Bereich zwischen den Naben 10, 12 ist eine Kolbenbewehrung 14 auf die äußere Umfangsfläche des Kolbenschafts 8 aufgebracht. Die Oberflächenbewehrung 14 ist im Siebdruckverfahren auf die Umfangsfläche des Kolbenschafts 10 in Form eines siebdruckfähigen Lacks aufgedruckt. Die Oberflächenbewehrung 14 umfasst Zonen 16 und 18 unterschiedlicher Lackzusammensetzung. Die Zonen 16, 18 sind streifenförmig ausgebildet und erstrecken sich in Umfangsrichtung also konzentrisch zur Kolbenlängsachse. Die Zonen 16 sind von einer Festschmierstoffe enthaltenden Lackzusammensetzung gebildet, wohingegen die Zonen 18 aus einer festschmierstofffreien Lackzusammensetzung, die jedoch verstärkende Zusatzstoffe auf vorzugsweise metallischer Basis enthält, gebildet ist.

Claims (11)

1. Leichtmetallkolben mit im Siebdruckverfahren aufgebrachter Oberflächenbewehrung (14) aus einem siebdruckfähigen Lack, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbewehrung (14) in Zonen (16, 18) unterschiedlicher Lackzusammensetzung vorgesehen ist.

2. Leichtmetallkolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zonen (16, 18) in Kolbenlaufrichtung aufeinanderfolgend oder alternierend vorgesehen sind.

3. Leichtmetallkolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zonen (16, 18) quer zur Kolbenlaufrichtung erstreckt sind.

4. Leichtmetallkolben nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zonen (16, 18) streifenförmig ausgebildet sind.

5. Leichtmetallkolben nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die streifenförmigen Zonen (16, 18) eine Breite von 3-10 mm aufweisen.

6. Leichtmetallkolben nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die streifenförmigen Zonen (16, 18) in Umfangsrichtung des Kolbens konzentrisch zur Kolbenlängsachse erstrecken.

7. Leichtmetallkolben nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch erste Zonen (16) mit einer Festschmierstoffe enthaltenden Lackzusammensetzung und durch zweite Zonen (18) mit einer festschmierstofffreien Lackzusammensetzung.

8. Leichtmetallkolben nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lackzusammensetzung der Oberflächenbewehrung (14) Festschmierstoffe in Form von Graphit, Molybdändisulfid oder Polytetrafluorethylen, umfasst.

9. Verfahren zum Herstellen einer Oberflächenbewehrung im Siebdruckverfahren bei einem Kolben nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sieb einer Siebdruckvorrichtung mittels mehrerer quer zur Abrollrichtung des Kolbens angeordneter Lackauftragseinrichtungen mit Lacken unterschiedlicher Zusammensetzung beaufschlagt wird, wobei die Lackauftragseinrichtungen den Zonen der herzustellenden Bewehrung entsprechend positioniert werden, so dass quer zur Abrollrichtung aufeinanderfolgende Gebiete unterschiedlicher Lackzusammensetzung auf der Siebkomponente gebildet werden.

10. Verfahren zum Herstellen einer Oberflächenbewehrung im Siebdruckverfahren bei einem Kolben nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst ein Lack einer ersten Lackzusammensetzung in ersten Zonen des Kolbens aufgedruckt wird, dass dieser Aufdruck angetrocknet wird und hiernach Lack einer zweiten Zusammensetzung in zweiten von den ersten Zonen verschiedenen Zonen des Kolbens aufgedruckt wird, derart, dass die ersten Zonen und die zweiten Zonen in Kolbenlaufrichtung abwechseln.

11. Verfahren zur Herstellung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zum Antrocknen des ersten Aufdrucks ein Infrarot-Strahler verwendet wird.