DE4340267A1 - Leichtmetall-Kolben mit einer Verbrennungsmulde - Google Patents
Leichtmetall-Kolben mit einer VerbrennungsmuldeInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Leichtmetall-Kolben
mit einer Verbrennungsmulde und einer Muldenrandbewehrung
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der US-PS 4,334,507 ist es bekannt, bei Kolben mit Ver
brennungsmulden den Muldenrand mit einer Bewehrung aus ge
sintertem porösem Chrom-Nickel-Stahl, der bei der Kolben
herstellung unter Druck mit Schmelze infiltriert wird, zu
versehen.
Ebenso ist es aus DE-PS 34 30 056 bekannt, den Muldenrand
mit einer Bewehrung aus Al₂O₃-Fasern zu versehen, wobei zu
nächst ein Faser-Preform hergestellt wird und dieses Pre
form bei der Kolbenherstellung unter Druck mit Schmelze in
filtriert wird.
Ziel dieser Bewehrungen ist es, die durch Temperaturwech
selbeanspruchung am Muldenrand häufig entstehenden Risse zu
verhindern.
Nachteil des vom Al-Basiswerkstoff infiltrierten Cr-Ni-
Stahls ist seine schlechte Bearbeitbarkeit, sein höheres
spezifisches Gewicht und seine, verglichen mit dem Keramik
faser-Verbundwerkstoff, geringere Belastbarkeit.
Der Keramikfaser-Verbundwerkstoff unterliegt bei der Her
stellung und Verarbeitung erhöhten Umweltschutz-Auflagen
und läßt sich schlecht entsorgen, da Fasern und Schmelze
kaum voneinander getrennt werden können. Beiden Verfahren
ist der Nachteil gemeinsam, daß die Schmelze mit Druck be
aufschlagt werden muß, um die in der Bewehrung vorhandene
offene Porosität vollständig mit Schmelze zu füllen.
Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, einen Werk
stoff für die Muldenrandbewehrung bereitzustellen, der An
risse am Muldenrand sicher vermeidet, ohne die vorgenannten
Nachteile aufzuweisen.
Die Lösung des Problems wird mit dem im kennzeichnenden
Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmal erzielt.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Kolbens ergeben
sich folgende Vorteile:
- - Infolge des niedrigen E-Moduls von Feinkorn-Koh lenstoff treten am Muldenrand sehr geringe Span nungen auf.
- - Der niedrige thermische Ausdehnungskoeffizient führt zu einer sehr guten Thermoschockbeständig keit.
- - Im Temperaturbereich über 300°C weist Feinkorn kohlenstoff bessere mechanische Eigenschaften als das Kolbengrundmaterial auf.
- - Infolge der schlechteren Wärmeleitungseigenschaf ten wird weniger Wärme in den Kolben eingebracht, wodurch die Nut- und Nabentemperaturen absinken.
- - Das Einbringen der Bewehrung kann durch konventio nelle Gießverfahren erfolgen. Es ist keine Druck beaufschlagung der Schmelze erforderlich.
- - Der hohe Unterschied in der Wärmeausdehnung zwi schen dem Kolbenwerkstoff und dem Feinkornkohlen stoff bewirkt beim Abkühlen des Gießteiles ein Aufschrumpfen des Kolbenwerkstoffs auf den Fein kornkohlenstoff unter Erzeugung von Druckspannun gen in der Bewehrung.
Die Erfindung wird im folgenden anhand des in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 einen Kolben mit Verbrennungs
mulde im Querschnitt.
Ein Diesel-Kolben 1 weist einen Ringträger 2 und eine Ver
brennungsmulde 3 auf, deren Muldenrand mit einer Bewehrung
4 aus Feinkornkohlenstoff gegen Anrisse geschützt ist.
Der Kolben 1 wird durch Flüssigpressen mit unten liegendem
Kolbenboden hergestellt. Der Preßdruck beträgt 250 bar. Um
zu verhindern, daß die spezifisch leichtere Muldenrandbe
wehrung 4 beim Flüssigpressen aufschwimmt, wird sie vor dem
Flüssigpressen in einer Aufnahme an 3 Punkten mit leichter
Preßpassung radial von innen gespannt, vorgewärmt und an
schließend mit Aufnahme in die Form eingelegt, umgossen und
mit Preßdruck beaufschlagt.
Die Bewehrung 4 ist im Kolben 1 hinterschnittartig befe
stigt.
Alternativ hierzu kann die Bewehrung 4 auch ohne Hinter
schnitt im Kolben 1 befestigt sein, wenn das beim Eingießen
des Bewehrungsteils auftretende Aufschrumpfen des Kolben
werkstoffs auf das Bewehrungsteil für eine auch im Motorbe
trieb ausreichende Befestigung der Bewehrung 4 genügt.
Eine weitere Möglichkeit, die Bewehrung 4 in dem Grundwerk
stoff zu befestigen, besteht in der Herstellung einer me
tallischen Bindung.
Hierzu muß die Bewehrung 4 galvanisch beschichtet werden
und die Schicht muß anschließend analog zum ALF IN-Verfahren
in einer Metallschmelze angelöst werden, bevor die Beweh
rung 4 eingegossen wird.
Claims (7)
1. Leichtmetallkolben für einen Dieselmotor mit einer Ver
brennungsmulde und einer Muldenrandbewehrung,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Muldenrandbewehrung (4) aus einem Ring oder
mehreren Ringabschnitten aus Feinkornkohlenstoff be
steht.
2. Leichtmetallkolben nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Muldenrandbewehrung (4) eine an sich bekannte
Oxidationsschutzschicht zumindest an den den Verbren
nungsgasen ausgesetzten Flächen aufweist.
3. Leichtmetallkolben nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Muldenrandbewehrung (4) durch Umgießen mit dem
Kolbengrundwerkstoff verbunden ist.
4. Leichtmetallkolben nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Muldenrandbewehrung (4) durch Umgießen unter
Schwerkraft mit dem Kolbengrundwerkstoff verbunden ist.
5. Leichtmetallkolben nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Muldenrandbewehrung (4) durch Hinterschnitt im
Kolben (1) befestigt ist.
6. Verfahren zur Herstellung eines Kolbens nach
Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Muldenrandbewehrung (4) vor dem Umgießen galva
nisch mit einem Metall beschichtet wird und diese Me
tallschicht anschließend in einer Metallschmelze ange
löst wird, um zwischen Bewehrung (4) und Grundwerkstoff
eine metallische Bindung herzustellen.
7. Verfahren zur Herstellung eines Leichtmetallkolbens
nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Muldenrandbewehrung (4) vor dem Umgießen galva
nisch mit Chrom beschichtet wird und diese Chromschicht
anschließend in einer Metallschmelze angelöst wird, um
zwischen Bewehrung (4) und Grundwerkstoff eine interme
tallische Bindung herzustellen.
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