DE2921952A1

DE2921952A1 - Aus aluminium oder einer aluminiumlegierung gefertigter kolben fuer eine verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE2921952A1
Application number: DE19792921952
Authority: DE
Inventors: Konrad Ing Grad Barnert; Ingolf Ing Grad Loehner
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1979-05-30
Filing date: 1979-05-30
Publication date: 1980-12-04
Also published as: BR8003380A

Description

Aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung
gefertigter Kolben für eine Verbrennungskraftmaschine Die Erfindung bezieht sich auf einen aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gefertigten Kolben für eine Verbrennungskraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.
Kolben für Verbrennungskraftmaschinen werden heute weitgehend aus Aluminiumlegierungen, z. B. aus Aluminium-Magnesium-Silizium-Legierungen, gefertigt. Um die mechanisch besonders stark beanspruchten Kolbenringnuten gegen Verschleiß zu schützen, ist es üblich, in den Kolben im Bereich der Ringnuten sogenannte Ringträger aus härterem Material einzugießen. Das ist eine sehr wirksame, jedoch fertigungstechnisch aufwendige und teure Maßnahme. Wegen der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Kolbenmaterials und des Ringträgermaterials ist es auch nicht völlig auszuschließen, daß der Kolben an Festigkeit verliert, weil z. B. an den Gußgrenzen zwischen Ringträger und Kolben Spannungserhöhungen auftreten können.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kolben der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art so zu verbessern, daß seine Fertigung vereinfacht und eine Beeinträchtigung der Festigkeit des Kolbens durch die aufgebrachte harte und verschleißarme Schicht ausgeschlossen wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche 1 bis 3 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen von Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Eine Lösung der Aufgabe besteht darin, daß die Schicht aus einer durch eine anodische Oxydation gewonnenen Aluminiumoxyd-Schicht (Hartcoatierung) besteht. Die anodische Oxydation erfolgt dabei in einem stark gekühlten Spezialelektrolyten an der Oberfläche des Aluminiums bzw. der Aluminiumlegierung, welches mit Hilfe von elektrischem Strom in Aluminiumoxyd umgewandelt wird. Dabei können Schichtdicken von etwa 200/cm erreicht werden. Die so aufgetragene Schicht ist hart und verschleißarm und haftet sehr gut auf dem eigentlichen Kolbenmaterial. Sie kann durch Schleifen bearbeitet werden, wodurch die Gleiteigenschaft des Kolbens wesentlich verbessert wird. Sie zeichnet sich darüber hinaus durch eine hohe Korrosionsbeständigkeit und eine Hochtemperaturbelastbarkeit aus.
Eine andere Lösung besteht darin, daß die Schicht aus einer thermokinetisch, d. h. im Plasmaspritzverfahren aufgebrachten Schicht aus Aluminiumoxyd besteht, wobei zur Verbesserung der Gleiteigenschaften auch Molybdän aufgetragen werden kann. Im Vergleich zur vorerwähnten anodischen Oxydation lassen sich hiermit größere Schichtdicken erzielen, was in bestimmten Teilen des Kolbens von Vorteil sein kann.
Eine weitere Lösung besteht darin, daß die Schicht aus einer mittels eines Elektronenstrahls lokal aufgeschmolzenen Eisen- oder Eisenlegieru«schicht besteht, die ohne Schwierigkeiten in einer Stärke von etwa 0,1 bis 4 mm erzeugt werden kann. Die 8o aufgetragene Schicht besitzt eine etwas geringere Härte als die vorerwähnten Eart-Coatierungen. Zur Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit und der Gleitfähigkeit ist es von Vorteil, die aufgetragene Eisen- bzw. Eisenlegierungsschicht zusätzlich hartzuverchromen. Besonders eignen sich für dieses Verfahren Aluminium~ legierungen vom Siliziumtyp.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles wird die Erfindung näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen Figur 1 in zum Teil geschnittener Darstellung einen in verschiedenen Bereichen beschichteten Kolben einer Verbrennungskraftmaschine und Figur 2 den in Figur 1 mit II bezifferten Bereich im Detail.
In Figur 1 ist der Kolbenboden des Kolbens mit 1, der daran anschließende Kolbenschaft mit 2, die die Kolbenringe aufnehmenden Kolbenringnuten mit 3, das Kolbenbolzenauge mit 4 und das sogenannte Kolbenhemd, d. h. der in etwa unterhalb des Kolbenbolzenauges liegende Kolbenschaftteil mit 5 beziffert. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind nicht nur die Kolbenringnuten 3, sondern auch Kolbenboden 1, Kolbenschaft 2, Kolbenbolzenauge 4 und Kolbenhemd 5 mit einer harten, verschleißarmen Beschichtung versehen.
Ob im Einzelfalle eine Gesamtbeschichtung oder eine partielle Beschichtung des Kolbens vorteilhafter ist, hängt von den jeweiligen Erfordernissen sowie von den zulässigen Gesamtkosten für den Kolben ab. In jedem Falle ist eine Beschichtung der Kolbenringnuten 3 von besonderem Vorteil, da diese durch die eingelegten Kolbenringe während des Betriebes mechanisch so stark beansprucht werden, daß ihre Blanken ohne die vorgeschlagene Beschichtung verhältnismäßig schnell ausgeschlagen werden würden.
Die Beschichtung des Kolbenbodens 1 mit einer Aluminiumoxyd-Schicht, die eine geringe Wärmeleitfähigkeit besitzt,ist von Vorteil, weil dadurch die Kolbentemperatur etwas abgesenkt werden kann. Vorteilhafterweise wird diese Aluminiumoxyd-Schicht im Plasmaspritzverfahren aufgetragen, weil dadurch eine größere Schichtdicke erzielt werden kann.
Eine Beschichtung des Kolbenschaftes 2 mit einer durch anodische Oxydation gewonnenen Aluminiumoxyd-Schicht verringert durch Erhöhung der Gleitfähigkeit in vorteilhafter Weise die Gefahr, daß der Kolben festläuft (Kolbenfresser). Die Beschichtung ermöglicht somit die Wahl eines geringeren Kolbenspieles mit dem zusätzlichen Vorteil, einer damit einhergehenden Geräuschabsenkung. Im übrigen wird durch diese Maßnahme die Kolbentemperatur ebenfalls etwas abgesenkt und darüber hinaus am Feuersteg die Verzunderung vermindert.
Die Beschichteng des Kolbenbolzenauges führt zu einer Verschleißminderung in diesem Bereich und damit letztlich zu einer Erhöhung or Lebensdauer des Kolbens.
Eine Beschichtung des Kolbenhemdes 6 verringert wie die Beschichtung des Kolbenschaftes 2 die Reibung zwischen Kolbenhemd und'Zylinderwandung und damit auch die Gefahr von Kolbenfresser.
Durch Kombination der einzelnen Beschichtungsverfahren für die einzelnen Teile des Kolbens kann in einfacher Weise auf die spezifischen Bedürfnisse für die unterschiedlichsten Einsatzbedingungen Rücksicht genommen werden.

Claims

ANSrRüCRE , Ws U tU9 Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gefertigter Kolben für eine Verbrennungskraftmaschine, dessen Oberfläche zumindest teilweise mittels einer aufgetragenen, im Vergleich zum Kolbenmaterial harten und verschleißarmen Schicht gegen Verschleiß geschützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus einer durch eine anodische Oxydation gewonnenen und anschließend geschliffenen Bluminiumoxyd-Schicht (Hart-Coatierung) besteht.
2. Aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gefertigter Kolben für eine Verbrennungskraftmaschine, dessen Oberfläche zumindest teilweise mittels einer aufgetragenen, im Vergleich zum Kolbenmaterial harten und verschleißarmen Schicht gegen Verschleiß geschützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus einer thermokinetisch aufgebrachten (Plasmaspritzen) Schicht aus Aluminiumoxyd oder Molybdän besteht.
3. Aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gefertigter Kolben für eine Verbrennungskraftmaschine, dessen Oberfläche zumindest teilweise mittels einer aufgetragenen, im Vergleich zum Kolbenmaterial harten und verschleißarmen Schicht gegen Verschleiß geschützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus einer mittels eines Elektronenstrahls lokal aufgeschmolzenen Eisen- oder Eisenlegierungsschicht von 0,1 bis 4 mm besteht.
4. Kolben nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgeschmolzene Schicht hartverchromt ist.
5. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht in den Kolbenringnuten (3) angeordnet ist.
6. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht im Kolbenbolzenauge (4) angeordnet ist.
7. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht auf dem Kolbenschaft (2) angeordnet ist.
8. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht auf dem Kolbenboden (1) angeordnet ist.
9. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht auf dem Kolbenhesd (5) angeordnet ist.
10. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der verschiedenen Kolbenteile wie Kolbenringnuten (3), Kolbenschaft (2), Kolbenhemd (5) und Kolbenboden (1) jeweils mit voneinander verschiedenen Schichten versehen sind.