DE3222582A1 - Verfahren zur herstellung eines kolbenbodens fuer einen gebauten kolben - Google Patents

Description

Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen

Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbenbodens für einen gebauten Kolben, insbesondere für Großdieselmotoren, - mit

gewölbeartigem Kolbenmittelteil, umlaufender Kolbenbodenschulter, innenseitig angeordneter, umlaufender Nabe,

wobei die Kolbenbodenschulter zur Aufnahme von Kolbenringen bestimmt und zum Aufsetzen auf einen separat gefertigten Kolbenschaft eingerichtet ist, an den auch die umlaufende Nabe mittels Verschraubung und/oder Verschweißung anschließbar ist. ■

Im Rahmen der (aus der Praxis) bekannten Maßnahmen wird der Kolbenboden des beschriebenen Aufbaus spanabhebend geformt, nämlich aus einer entsprechend vorbereiteten Scheibe, spanabhebend herausgearbeitet. Das ist aufwendig, da bei der Zerspanung warmfester Werkstoffe sehr hohe Zerspanungskosten entstehen. Falls mit gegossenen Rohlingen gearbeitet wird, ist die Verwendung von Werkstoffen mit höherer thermischer Belastbarkeit dadurch eingeschränkt, daß diese Werkstoffe besonders seigerungsempfindlich sind, wobei sich Seigerungszonen entweder im Bereich der Kolbenbodenmitte oder auch im Bereich der Kolbenbodenschulter einstellen. Dort stören sie erheblich. Darüber hinaus stört, daß sich anisotrope Eigenschaftsfelder einstellen, was dazu zwingt, den Kolbenboden insgesamt nach den niedrigsten Werten auszulegen. Nichtsdestoweniger führen anisotrope Eigenschaftsfelder in den bekannten

Andrejewski, Honke & Pattner, Patentanwälte in Essen

Kolbenböden zu einem vorzeitigen Ausfall des Kolbens im wechselnden Dauerlastbetrieb.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem ein Kolbenboden des beschriebenen Aufbaus auf einfache Weise hergestellt werden kann, und zwar mit erheblich verringerter Anisotropie der bauteilbezogenen Eigenschaften, die besonders eng mit der erreichbaren Lebensdauer korrelieren.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß aus einem schmiedbaren warmfesten Stahl in einem ersten Verformungsschritt ein Napf geschmiedet wird, der einen dem Kolbenbodenmittelteil entsprechenden Bereich und einen umlaufenden Kragen aufweist, und daß danach in einem zweiten Verformungsschritt unter weiterer Ausformung des Kolbenbodenmittelteils aus dem Kragen die Kolbenbodenschulter sowie die innenseitig umlaufende Nabe geschmiedet werden. Im Rahmen der Erfindung kann mit den verschiedensten warmfesten Stählen gearbeitet werden, wie sie auch bisher für Kolbenböden aus Stahl eingesetzt werden. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein hochlegierter Ventilsitz verwendet wird, z. B. der Ventilstahl X 45 Cr Si 9. Bewährt hat sich aber auch die Verwendung eines warmfesten Werkstoffes mit folgender Richtanalyse

C bis 0,2 Mn bis 0,5 Si bis 0,5 Cr 12-14 % Mo bis 0,5 W 2,5 bis 3,5 Ni 1,6-2,3

Rest Eisen und übliche Verunreinigungen. Im Rahmen der Erfindung liegt es, an den Schmiedevorgang eine homogenisierende Wärmebehandlung anzuschließen.

Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen

Die erreichten Vorteile sind darin zu sehen, daß nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auf sehr einfache Weise Kolbenboden der beschriebenen Gestaltung hergestellt werden können, ohne daß bezüglich Warmfestig oder durch anisotrope Eigenschaftsfeider Beschränkungen in Kauf genommen werden müßten. Man kommt vielmehr zu einer Optimierung des Bauteilverhaltens dahingehend, daß Werkstoffe einer weniger hochwertigen und weniger kostspieligen Klasse für den Kolbenboden eingesetzt werden können, ohne daß die Brennraumleistungen und damit die Motorleistung reduziert werden müßte. Anders ausgedrückt erreicht man bei Einsatz bekannter Werkstoffe eine Erhöhung der Brennraumleistung und damit der Motorleistung. Von besonderer Bedeutung ist, daß sehr genau geschmiedet werden kann, so daß der noch erforderliche Zerspanungsaufwand in erheblichem Maße reduziert wird, beispielsweise auf die Bereiche, die die Kolbenringe aufzunehmen haben. Die Anisotropie der Eigenschaften des Kolbenbodens in kritischen Bereichen ist vermindert.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung

Fig. 1 einen Axialschnitt durch einen Kolbenboden, wie er durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt werden soll,

Fig. 2 einen entsprechenden Querschnitt durch den im ersten Verformungsschritt geschmiedeten Napf,

Fig. 3 einen entsprechenden Schnitt durch den fertig geschmiedeten Kolbenboden.

Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen

- 6

Aus der Fig. 1 entnimmt man zunächst,wie der fertige Kolbenboden aussieht. Man erkennt ein gewölbeartiges Kolbenbodenmittelteil 1 und eine umlaufende Kolbenbodenschulter 2. Innenseitig ist eine ebenfalls umlaufende Nabe 3 angeordnet. Die Kolbenbodenschulter 2 ist zur Aufnahme der Kolbenringe bestimmt und trägt entsprechende, eingedrehte Nuten 4. Er ist im übrigen zum Aufsetzen auf einen separat gefertigten und nur angedeuteten Kolbenschaft 5 eingerichtet an den auch die umlaufende Nabe 3 mittels Verschraubung 6 und/oder Verschweißung anschließbar ist.

Aus einer vergleichenden Betrachtung der Fig. 1 und 2 entnimmt man, daß aus einem schmiedbaren warmfesten Stahl in einem ersten Verformungsschritt ein Napf geschmiedet wird. Dieser Besitzt einen dem Kolbenbodenmittelteil 1 entsprechenden Bereich und einen umlaufenden Kragen 7. Aus einer vergleichenden Betrachtung der Fig. 2 und 3 entnimmt man, daß danach in einem zweiten Verformungsschritt unter weiterer Ausformung des Kolbenbodenmittelteils 1 aus dem Kragen 7 die Kolbenbodenschulter 2 sowie die innenseitig umlaufende Nabe 3 geschmiedet werden. Der fertig geschmiedete Gegenstand bedarf nur noch geringer Zerspanungsarbeit, z. B. zur Herstellung der Nuten 4 für die Aufnahme der Kolbenringe und zur Herstellung von Anschlußpassungen u. dgl..

Claims (4)

Andrejewski, Honke & Partner Patentanwälte Diplom-Physiker Dr. Walter Andrejewski Diplom-Ingenieur Dr.-Ing. Manfred Honke Diplom-Physiker Dr. Karl Gerhard Masch Anwaltsakte: 58 622/En- Patentanmeldung Berchem & Schaberg GmbH Am Dördelmannshof 5 465.0 Gelsenkirchen 4300 Essen 1, Theaterplatz 3, Postf. 100254 6. Mai 1982 "Verfahren zur Herstellung eines Kolbenbodens . . für einen, gebauten. Kolben" Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Kolbenbodens für einen gebauten Kolben, insbesondere für Großdieselmotoren, - mit gewölbeartigem Kolbenbodenmittelteil, umlaufender Kolbenbodenschulter und innenseitig angeordneter, umlaufender Nabe,

wobei die Kolbenbodenschulter zur Aufnahme von Kolbenringen bestimmt und zum Aufsetzen auf einen separat gefertigten Kolben-

Andrejewski, Honice & Partner, Patentanwälte in Essen

schaft eingerichtet ist, an dem auch die umlaufende Nabe mittels Verschraubung und/oder Verschweißung anschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß aus einem schmiedbaren, warmfesten Stahl in einem ersten Verformungsschritt ein Napf geschmiedet wird, der einen dem Kolbenbodenmittelteil entsprechenden Bereich (1) und einen umlaufenden Kragen (7) aufweist, und daß danach in einem zweiten Verformungsschritt unter weiterer Ausformung des Kolbenbodenmittelteils (1) aus dem Kragen (7) die Kolbenbodenschulter (2) sowie die innenseitig umlaufende Nabe (3) geschmiedet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein hochlegierter Ventilstahl verwendet wird, z. B. der Ventilstahl X 45 Cr Si 9.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein warmfester Werkstoff der Richtanalyse

C bis 0,2 Mn bis 0,5 Si bis 0,5 Cr 12-14 % Mo bis 0,5 W 2,5 bis 3,5 Ni 1,6-2,3,

Rest Eisen und übliche Verunreinigungen, verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den Schmiedevorgang eine homogenisierende Wärmebehandlung angeschlossen wird.