DE2930552B1 - Verstaerkte Stege in der Ringpartie eines Aluminiumkolbens - Google Patents
Verstaerkte Stege in der Ringpartie eines AluminiumkolbensInfo
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Description
Die Erfindung betrifft die Verstärkung von Stegen in der Ringpartie eines Aluminiumkolbens.
Bei hochbelasteten Aluminiumkolben ist es erforderlich, die Flanken der Ringnuten, insbesondere der
obersten Ringnut, durch Hilfswerkstoffe gegen von den Kolbenringen ausgehende Verschleißbeanspruchung zu
schützen. Eine gängige Methode ist es, im Bereich der gefährdeten Ringnuten sogenannte Ringträger aus
hochverschleißfestem Material in das Kolbengrundmaterial einzufügen und die Ringnut sodann in diesen
Ringträger einzuarbeiten. Bei der Verwendung von Ringträgern ist es wichtig, die Ringträger so in dem
Grundmaterial uzu verankern, daß sie sich unter der Schlagbeanspruchung durch die Kolbenringe im Motorbetrieb
mit Sicherheit nicht aus ihrer festen Verankerung mit dem Kolbengrundmaterial lösen können. Eine
solche sichere Verankerung ist heute unter Anwendung des sogenannten ALFIN-Verfahrens, das eine intermetallische
Bindung zwischen Ringträger und Kolbengrundmaterial bewirkt, ohne weiteres gewährleistet. Bei
gepreßten Kolben aus Aluminium, die herstellungsmäßig eine ALFIN-Bindung zwischen Ringträger und
Kolbengrundmaterial nicht erlauben, ist eine sichere Verankerung des Ringträgers noch immer problematisch
bzw. nur mit sehr hohem Aufwand zu erreichen. So besteht gerade bei gepreßten Kolben der Wunsch, die
Verschleißfestigkeit der Ringnuten durch andere Maßnahmen als durch das Einsetzen von Ringträgern zu
erreichen. Es ist insoweit bereits bekannt, u. a. aus DE-GM 19 39 388, die Ringnutenflanken mit thermisch
oder galvanisch aufgebrachten Schichten aus verschleißfestem Werkstoff zu schützen. Die bisher
erzielten Ergebnisse sind jedoch noch nicht befriedigen. Dies liegt sicherlich daran, daß der Aluminiumgrundwerkstoff
relativ duktil ist. Im Motorbetrieb führt dies dazu, daß eine auf die Ringnutenflanke aufgebrachte
verschleißbeständige meist harte und dünne Schicht infolge der Schlagbeanspruchung durch den Kolbenring
auf dem relativ weichen Aluminiumgrundwerkstoff keine lange Lebensdauer zeigt. Auf Ringnutenflanken
von Kolben aus Stahl aufgebrachte verschleißbeständige Schichten, man spricht dort von hartverchromten
Nuten, haben sich dagegen in der Praxis bewährt.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei dem Kolbengrundmaterial Aluminium in
den Stegen der Ringpartie die Voraussetzungen für die Haltbarkeit thermisch oder galvanisch aufgebrachter
verschleißfester Schichten auf den Ringnutenflanken zu schaffen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Ausbildung der Stege nach den Merkmalen des kennzeichnenden Teils
des Anspruchs 1.
Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung gibt der Unteranspruch wieder.
Grundsätzlich kann das Stützgerüst so ausgebildet werden, daß es bis an die Ringnutflankenoberfläche
reicht und dort gleichzeitig die verschleißfeste Schicht als Gegenfläche zum Kolbenring bildet.
In erster Linie soll die Funktion des Stützgerüstes jedoch darin bestehen, die Duktilität des Steggrundmaterials
zu erniedrigen, während die Ringnutflanke gesondert mit einer verschleißbeständigen thermisch
oder galvanisch aufgebrachten Schicht geschützt ist. Das Stützgerät soll dabei möglichst eng an die
verschleißbeständige Schicht angrenzen und dadurch eine Verformung des Stegmaterials unterhalb der
verschleißbeständigen Schicht durch die Schlagbeanspruchung des Kolbenringes vermeiden.
Herstellen läßt sich das Stützgerüst beispielsweise dadurch, daß man auf die zylindrische Stegaußenfläche
einen Hilfswerkstoff aufbringt, z. B. galvanisch, und sodann diesen Hilfswerkstoff unter Verwendung eines
Elektronenstrahles in das Steggrundmaterial einlegiert. Die Art des Hilfswerkstoffes muß derart sein, daß sich
zumindest nach dem Einlegieren in das Steggrundmaterial ein das Stützgerüst bildender Werkstoff mit im
Vergleich zum Steggrundmaterial niedrigerer Duktilität ausbildet. Als Hilfswerkstoff geeignet können z. B.
Nickel, Chrom und Eisen sein. Mit Hilfe des Elektronenstrahles ist es möglich, ein Stützgerüst der verschiedenartigsten
Form auszubilden.
Zur Erniedrigung der Duktilität des Steges wäre es selbstverständlich auch denkbar, dem gesamten Grundmaterial
im betreffenden Stegbereich z. B. mit Ladungsträgerstrahlen und ggf. Hilfswerkstoffen die gleichen
Materialeigenschaften zu verleihen wie der üblicherweise nur auf die Ringnutflanke aufgetragenen dünnen
verschleißbeständigen Schicht. Eine solche Maßnahme birgt jedoch die Gefahr in sich, daß es im Motorbetrieb
des Kolbens wegen der großen Härte des entsprechenden Stegmaterials infolge der Schlagbeanspruchung
durch den Kolbenring zu Ausbrechnungen aus dem Steg im Bereich der Ringnutenflanken kommt. Die wesentliche
Erkenntnis der Erfindung liegt also darin, einzelne hoch belastete Stege so auszubilden, daß sie an ihrer
Ringnutflankenoberfläche absolut verschleißbeständig sind, während sie im Inneren nur eine verringerte
Duktilität derart aufweisen, daß ein Nachgeben des Stegmaterials gegenüber der verschleißfest ausgebildeten
Ringnutflanke sicher vermieden wird.
Claims (2)
1. Kolben aus Aluminium als Grundwerkstoff, bei dem die Oberflächen der Flanken zumindest der
dem Kolbenboden nächstliegenden Ringnut zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit von einer Schicht
aus einem Werkstoff mit geringerer Duktilität als derjenigen des Kolbengrundwerkstoffs gebildet
sind, dadurch gekennzeichnet, daß in dem in den Ringstegen an diese Schichten angrenzenden
Aluminium-Grundwerkstoff ein Stützgerüst aus gegenüber dem Aluminium-Grundwerkstoff ebenfalls
weniger duktilem Werkstoff durch Ladungsträgerstrahlen in dieses Aluminium-Grundmaterial
von außen einlegiert ist.
2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das für das Stützgerüst verwandte Material
dem der zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit an den Ringnutenflanken aufgebrachten Schicht entspricht.
ίο
ι ·>
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FR2462626B1 (de) | 1983-11-18 |
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