DE2930552C2 - Verstärkte Stege in der Ringpartie eines Aluminiumkolbens - Google Patents

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 zu 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 befriedigend. 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 kerne lange Lebensdauer zeigt Auf Ringnutenflanken von Kolben aus Stahl aufgebrachte verschleißbeständige Schichten, man spricht dort von hartverchromten

s 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

ίο 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 Schlagbean spruchung 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

so 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)

Patentansprüche:

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