DE2438548A1 - Kolben fuer verbrennungskraftmaschinen - Google Patents

Kolben fuer verbrennungskraftmaschinen

Info

Publication number
DE2438548A1
DE2438548A1 DE2438548A DE2438548A DE2438548A1 DE 2438548 A1 DE2438548 A1 DE 2438548A1 DE 2438548 A DE2438548 A DE 2438548A DE 2438548 A DE2438548 A DE 2438548A DE 2438548 A1 DE2438548 A1 DE 2438548A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
piston
hard iron
internal combustion
profile
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE2438548A
Other languages
English (en)
Other versions
DE2438548B2 (de
Inventor
Hermann Bauer
Volker Von Ey
Heinz Hofmann
Karl Kopp
Erich Dipl Ing Wacker
Franz Dipl Ing Dr Weiss
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Karl Schmidt GmbH
Original Assignee
Karl Schmidt GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Karl Schmidt GmbH filed Critical Karl Schmidt GmbH
Priority to DE19742438548 priority Critical patent/DE2438548B2/de
Publication of DE2438548A1 publication Critical patent/DE2438548A1/de
Publication of DE2438548B2 publication Critical patent/DE2438548B2/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00Pistons 
    • F02F3/10Pistons  having surface coverings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J1/00Pistons; Trunk pistons; Plungers
    • F16J1/02Bearing surfaces
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05CINDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2201/00Metals
    • F05C2201/02Light metals
    • F05C2201/021Aluminium

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)

Description

  • Kolben für Verbrennungskraftmaschinen Die Erfindung betrifft einen Kolben für Verbrennungskraft maschinen, vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung bestehend, mit auf dem Umfang des Kolbenschafts spanend aufgebrachten ausgerundeten Ölschlepprillen, die ein sägezahnartiges Profil mit stumpfem Profilwinkel aufweisen.
  • Beim Arbeitshub des Kolbens. in einer Verbrennungskraft maschine strömt eine winzige Verbrennungsgasmenge zumindest an den oberen Verdichtungsringen vorbei. Da die Verdichtungsringe im darauffolgenden Takt wieder mit der heißen oberen Zylinderpartie, in der vorher die Verbrennung erfolgte, in Berührung kommen, ist die Schmierung der oberen Verdichtungsringe ein kompliziertes Problem.
  • Einerseits soll die Ringbestückung verhindern, daß Schmierstoff in den Verbrennungsraum gelangt; andererseits muß dem obersten Verdichtungsring so viel Schmierstoff zur Verfügung stehen, daß dieser - trotz der hohen Betriebstemperatur - noch ausreichend geschmiert wird.
  • Ausreichend geschmiert bedeutet: der oberste Ring darf weder Brandflecken noch winzige Freßmarken bekommen und sein.Verschleiß soll - genau wie der Verschleiß des Zylinders und Kolbens - in kleinsten Grenzen bleiben.
  • Eine ausreichende Schmierung im Bereich der Ringpartie wird in erster Linie durch die Ausbildung und Haftung eines hydrodynamischen Schmierfilms - auch unter spärlicher Schmierstoffzufuhr - zwischen Kolbenschaft und Zylinderlaufbahn beeinflußt.
  • Damit sich ein hydrodynamischer Schmierfilm zwischen Kolbenschaft und Zylinderlaufbahn ausbilden kann, wird seit einigen Jahren insbesondere der Kolbenschaft mit einer spanend aufgebrachten Mindestoberflächenrauhigkeit, deren Rauhtiefe je nach Motortyp im allgemeinen nicht unter 2 bis 6 Fi beträgt, versehen. Eine derartige Oberflächenrauhigkeit begünstigt einerseits das Laufverhalten des Kolbens durch Ausbildung eines Schmierfilms mit Hilfe des in den Rauhtiefen gespeicherten Schmierstoffs und begrenzt andererseits den Verschleiß zwischen Kolben schaft und Zylinderlaufbahn.
  • Zu diesem Zweck ist es beispielsweise aus der deutschen Patentanmeldung Sch 5976 Ia/46c1 bekannt, auf dem Umfang des Kolbenschafts sogenannte ÖIschlepprillen, die ein halbkreis- oder bogenförmiges Profil besitzen, spanend aufzubringen. Beim Einlaufen des Kolbens wird die Höhe des Profils wegen des größeren Verschleißes zunächst stark abgetragen. Obwohl dieser Verschleiß mit zunehmendem Traganteil des Profils begrenzt ist, nimmt die Freßempfindlichkeit des Kolbens zu, da sich infolge der durch den Verschleiß verkleinerten Rauhtiefe nur noch relativ wenig. Schmierstoff in den Ölschlepprillen.
  • halten kann. Dadurch ist die Ausbildung eines auf dem gesamten Umfang des Kolbenschafts hydrodynamischen Schmierfilms beim Auf- und Abwärtsgang des Kolbens nicht immer sichergestellt.
  • Bei einem Zweitaktmotor besteht die Schwierigkeit, den relativ geringen aus dem Brennstoffgemisch stammenden Schmierstoffanteil zwischen Kolbenschaft und Zylinderlaufbahn festzuhalten und in die Ringpartie des Kolbens hochzufördern, damit sich auf dem Umfang des Kolbenschafts ein hydrodynamischer Schmierfilm aufbauen kann.
  • Aus der DT-PS 2 063 651 sind ferner auf dem Umfang des Kolbenschafts angebrachte Ölschlepprillen mit unterschiedlich großen Flankenwinkeln und gegen Null verlaufenden Ausrundungsradien bekannt, wobei der Profilwinkel der Ölschlepprillen 100 bis 1700, ihr kleinerer Flankenwinkel 0,5 bis 100 und ihre Tiefe 1 bis 20 pin betragen.
  • Durch einen derartig gestalteten Kolben wird beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschinen ein gleichmäßig dicker Schmierfilm zwischen Kolben und der Zylinderlaufbahn erreicht, so daß sowohl auf der Druck- wie auf der Gegendruckseite stets eine gleiche hydrodynamische Druckausbildung im Schmierfilm gewährleistet ist und kein überflüssiger Schmierstoff in den Verbrennungsraum gelangen kann.
  • Um einen solchen Kolben in einem Aluminiumzylinder ohne eine Bewehrung der Laufbahn verwenden zu können, bei dem die Primärsiliziumkristalle etwao;lbis 2 un gegenüber der> Aluminiummatrix hervorstehen und allein mit den Kolbenringen und dem Kolbenschaft in Berührung kommen (DT-PS 1 521 939), hat man den Kolbenschaft mit einer .10 bis 30 um dicken galvanisch aufgebrachten, eine Härte von 400 bis 450 HV aufweisenden Eisenschicht überzogen (MTZ 34 (1973) 2, S. 49 bis 51). Diese Eisenschicht am Kolbenschaft ist notwendig, um vor allem bei extremen Motorbedingungen, wie z.B. Kaltstart bei -3O0C und Freßtests bei erhöhten Temperaturen, eine einwandfreie Funktion der Kombination Kolben, Kolbenring und unbewehrter Zylinderlaufbahn zu ermöglichen, und um sichzustellen, daß auf keinen Fall Aluminium des Zylinders mit Aluminium des Kolbens in Berührung kommen kann.
  • Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei thermisch hoch beanspruchten Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere Zwei-Takt-Motoren, die Änderung des Tragflächenanteils der sägezahnartigen Profilierung der vorgenannten Eisenschicht aufgrund des Verschleißes im Motorbetrieb so groß ist, daß dabei die Tiefe der Ölrillen merklich verringert wird, so daß in den Ölschlepprillen nach dem Einlaufen des Kolbens nicht mehr eine für die Ausbildung eines auf dem Umfang des Kolbens gleichmäßig dicken Schmierfilms erforderliche Schmierstoffmenge gespeichert bleibt.
  • Eine Lösung dieses Problems wird in der Weise erreicht, daß gemäß der Erfindung der Kolbenschaft mit einer galvanisch aufgebrachten 1 bis 30 pin,, vorzugsweise 10 bis 30 um, dicken Harteisenschicht mit einem nichtmetallischen Fremdstoffeinbau von 0,5 bis 6 %, vorzugsweise 2 bis 5 56, überzogen wird. Die Dicke der Harteisenschicht ist im wesentlichen von der Belastung des Kolbens abhängig.
  • Die Fremdstoffe bestehen aus Metall-Oxiverbindungen, vorzugsweise aus Oxichloriden. Die Härte der Eisenschicht steigt dadurch auf 600 bis 800 HV an.
  • Es hat nicht an Versuchen gefehlt, auch bei Kolben mit auf dem Umfang des Schafts angebrachten halbkreis- oder bogenförmigen Ölschlepprillen die gleichen Maßnahmen anzuwenden. Dabei hat sich jedoch gezeigt, daß infolge des vergleichsweise geringen Tragflächenanteils hohe Flächenpressungen auftreten, die auf der Lauffläche des unbewehrten Aluminiuzzylinders Riefen und Fresser hervorrufen sowie einen sehr hohen Einlaufverschleiß der Zylinderlauffläche bewirken.
  • Es ist deshalb um so überraschender, daß die Kombination einer galvanisch aufgebrachten, eingebaute Metall-Oxiverbindungen, vorzugsweise Oxichloride, aufweisenden Harteisenschicht mit einem Kolben, dessen auf dem Umfang des Kolbenschafts befindlichen Ölschlepprillen ein sägezahnartiges Profil mit stumpfem Profilwinkel aufweisen, zur Lösung des anstehenden Problems führt.
  • Bei einer Felderprobung von 500 h-ergab sich für den erfindungsgemäß mit einer Harteisenschicht überzogenen Kolben ein vergleichsweise geringer Verschleiß der Harteisenschicht am Kolbenschaft von 5 bis 10um. Im Gegensatz dazu betrug der Verschleiß bei einem Kolben, der von einer Eisenschicht mit einer Härte von 450 HV überzogen war, 15 bis 30 Arm. Der erfindungsgemäß eine HarttsenbeBchichtung besitzende Kolben zeigt ein sehr gutes Gleitverhalten und hat sich als außergewöhnlich freßsicher erwiesen.
  • Aus dem Forschungsbericht des Wirtschafts- und Verkehrsministeriums NRW Nr. 56 (1952), S. 23 bis 32, ist es zwar bekannt, Harteisenniederschläge mit Fremdstoffeinbau auf Aluminiumlegierungen abzuscheiden, doch weiß man aufgrund der durchgeführten Untersuchungen nur, daß die Harteisenniederschläge, die Oxide als Fremdstoffe eingebaut haben, eine Härte aufweisen, die der des Hartchroms entspricht. Solche Harteisenniederschläge sind einerseits zwar schlag-, stoß- und haftfest, andererseits lassen diese Eigenschaften- noch keine Aussage über das technologische Verhalten der auf Leichtmetallkolben aufgebrachten Harteisenniederschläge in Aluminiumzylindern mit unbewehrter Lauffläche zu, da eingelagerte Oxide einen vergleichsweise hohen Verschleiß der ZylinderlauS-fläche bewirken. Die Härte kann somit nicht als Maß für daS Verschleiß- und Gleitverhalten gelten; denn offenbar besitzen die Harteisenniederschläge mit eingebauten Metall-Oxiverbindungen außer der Härte, die den Oxide enthaltenden Harteisenniederschlägen entspricht, noch andere Eigenschaften, die den Einfluß der Härte überdecken und ein optimales Gleit- und Verschleißverhalten hervorrufen.
  • Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielhaft dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 einen in einem aus der Aluminiumlegierung AlSi17Cu4 bestehenden Zylinder 1 mit unbewehrter Lauffläche angeordneten Kolben 2, der aus der Legierung AlSi12CuNiMg gegossen ist und dessen Schaft, wie der vergrößerte Ausschnitt aus Fig. 2 zeigt, mit Ölschlepprillen 3 mit sägezahnartigem Profil, das mit einer erfindungsgemäßen Harteisenschicht 4 mit 3 56 Fremdstoffeinbau überzogen ist, versehen ist.
  • Patentansprüche

Claims (5)

  1. PATENTAN SPRÜCHE 1) Kolben für Verbrennungskraftmaschinen, vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung bestehend, mit auf dem Umfang des Kolbenschafts spanend aufgebrachten ausgerundeten Ölschlepprillen, die ein sägezahnartiges profil mit stumpfem Profilwinkel aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft des Kolbens (1) mit einer 1 bis 30 jun dicken galvanisch aufgebrachten Harteisenschicht (4) überzogen ist, in die 0,5 bis 6 % Metall-Oxiverbindungen als Fremdstoff eingebaut sind.
  2. 2) Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenschaft mit einer 10 bis 30,um dicken Harteisenschicht (4) überzogen ist.
  3. 3) Kolben nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der eingebauten Metall-Oxi verbindungen 2 bis 5 56 beträgt.
  4. 4) Kolben nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Metall-Oxiverbindungen aus Oxichloriden bestehen.
  5. 5) Kolben nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, - daß bei gegen Null verlaufendem Ausrundungsradius und unterschiedlich großen Flankenwinkeln der Profilwinkel der olschlepprillen (3) 100 bis 1700, ihr kleinerer Flankenwinkel 0,5 bis 100 und ihre Tiefe 1 bis 20 µm betragen.
    Leerseite
DE19742438548 1974-08-10 1974-08-10 Kolben fuer brennkraftmaschinen Ceased DE2438548B2 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19742438548 DE2438548B2 (de) 1974-08-10 1974-08-10 Kolben fuer brennkraftmaschinen

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19742438548 DE2438548B2 (de) 1974-08-10 1974-08-10 Kolben fuer brennkraftmaschinen

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE2438548A1 true DE2438548A1 (de) 1976-02-26
DE2438548B2 DE2438548B2 (de) 1976-09-09

Family

ID=5922936

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19742438548 Ceased DE2438548B2 (de) 1974-08-10 1974-08-10 Kolben fuer brennkraftmaschinen

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE2438548B2 (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2385904A1 (fr) * 1977-03-28 1978-10-27 Promeyrat Casteilla Tech Nle M Piston alternatif a pourtour de tete auto-adaptable pour l'amelioration fondamentale du moteur thermique, et autres machines a pistons alternatifs
US5782217A (en) * 1993-10-12 1998-07-21 Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha Piston for two cycle engine
US6055726A (en) * 1993-10-12 2000-05-02 Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha Method of forming a piston
JP2020094495A (ja) * 2018-12-10 2020-06-18 スズキ株式会社 旋削用工具、ピストン製造方法及びピストン

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3145494A1 (de) * 1981-11-16 1983-05-26 Wabco Westinghouse Fahrzeugbremsen GmbH, 3000 Hannover Einrichtung zur fuehrung des kolbens eines arbeitszylinders

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2385904A1 (fr) * 1977-03-28 1978-10-27 Promeyrat Casteilla Tech Nle M Piston alternatif a pourtour de tete auto-adaptable pour l'amelioration fondamentale du moteur thermique, et autres machines a pistons alternatifs
US5782217A (en) * 1993-10-12 1998-07-21 Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha Piston for two cycle engine
US6055726A (en) * 1993-10-12 2000-05-02 Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha Method of forming a piston
JP2020094495A (ja) * 2018-12-10 2020-06-18 スズキ株式会社 旋削用工具、ピストン製造方法及びピストン

Also Published As

Publication number Publication date
DE2438548B2 (de) 1976-09-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0106935B1 (de) Kolbentrieb für Hubkolben-Brennkraftmaschinen, wie Dieselmotoren u.a.
DE112014003421T5 (de) Gleitanordnung
DE112014002451T5 (de) Kolbenring
DE2037962A1 (de) Zylinderlaufbuchse fur Verbrennungs motoren
US4075934A (en) Piston for internal combustion engines
DE2438548A1 (de) Kolben fuer verbrennungskraftmaschinen
DE102014017361A1 (de) Zylinderbohrung für ein Zylindergehäuse eines Verbrennungsmotors sowie Anordnung aus einer derartigen Zylinderbohrung und einem Kolben
DE4238525C1 (de) Zylinderlaufbuchse mit einer Verschleißschutzschicht
DE2258280A1 (de) Bauteil aus metall, mit gleitfaehiger oberflaeche
DE3812656C2 (de) Kolbenring für eine Verbrennungskraftmaschine mit einer verschleissfesten Schicht hoher Härte auf seiner Umfangsfläche und mit einer äusseren Umfangsschicht als Einlaufschicht
DE10339711A1 (de) Kolben mit Kolbenring
DE2646922A1 (de) Tauchkolben
EP0215511B1 (de) Kolben-Zylinder-Bausatz für Brennkraftmaschinen
EP1762756A2 (de) Kolbenringpackung
DE2513324A1 (de) Leichtmetallkolben fuer viertakt- brennkraftmaschinen
DE740323C (de) Kolbenring aus Gusseisen oder Stahl mit einer oder mehreren Einlagen in der Laufflaeche
DE2211690C3 (de) Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen
DE3917951A1 (de) Nitrid-kolbenring
DE3201498A1 (de) Leichtmetallkolben
DE2135338A1 (de) Kolbenring fuer kolben von verbrennungskraftmaschinen
DE2005662A1 (de) Leichtmetallkolben mit Ringträger
EP0864784B2 (de) Kolbenring für eine Verbrennungskraftmaschine
DE935942C (de) Kolbenring fuer Zweitakt-Dieselmotoren
DE102018205348B4 (de) Kolben für einen Verbrennungsmotor und Verfahren zur Herstellung eines Kolbens
CH197072A (de) Brennkraftmaschinenkolben.

Legal Events

Date Code Title Description
8235 Patent refused