DE60015846T2

DE60015846T2 - Kolbenringträger mit Kühlhohlraum und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE60015846T2
Application number: DE2000615846
Authority: DE
Inventors: Ryoji Niigata-shi Nakayama; Satohiro Niigata-shi Komasaki; Kunio 5-1 Hanata; Hidetsugu Minato-ku Yamamoto
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp; Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp; Diamet Corp
Priority date: 1999-05-14
Filing date: 2000-05-12
Publication date: 2005-10-20
Anticipated expiration: 2020-05-13
Also published as: JP2001032748A; EP1052435B1; EP1052435A3; EP1052435A2; DE60015846D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Kolbenringträger mit einem Kühlhohlraum zur Verwendung in Verbrennungsmotoren, etc.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Es wird auf DE-A-39 27 509 und EP-A-0,877,160 hingewiesen.
12 der vorliegenden Anmeldung zeigt ein Beispiel eines herkömmlichen Kolbens, der in einem Verbrennungsmotor (einer Brennkraftmaschine) verwendet wird. Unter Bezugnahme auf 12 bezeichnet Bezugszeichen 1 einen beispielsweise durch Gießen einer Aluminiumlegierung als Rohmaterial gebildeten Kolbenkörper. Bezugszeichen 2 bezeichnet eine in dem Kolbenkörper 1 gebildete Kolbenbolzenbohrung. Eine Mehrzahl von Kolbenringnuten 3, 4 und 5 sind in einer äußeren Umfangsfläche des Kolbenkörpers 1 gebildet. Kolbenringe, die über eine innere Umfangsfläche eines Zylinders gleiten, sind in die Kolbenringnuten 3, 4 bzw. 5 eingebracht, obgleich sie nicht gezeigt sind. Insbesondere sind die in die Kolbenringnuten 3 und 4 auf der Seite nahe zu einer oberen Fläche 6 auf der Brennkammerseite positioniert und dienen zum Abdichten von Gas und zum Abführen von Wärme. Der in der verbleibenden Kolbenringnut 5 eingebrachte Kolbenring dient als Ölring zur Steuerung der Schmierung.
Die Kolbenringnut 3, die am nahesten zu der oberen Fläche 6 ist, wird insbesondere benötigt, um einen Verschleißwiderstand bei hohen Temperaturen zu besitzen. In einem Spalt verbleibendes Verbrennungsgas, das zwischen der äußeren Umfangsfläche des Kolbens und der inneren Umfangsfläche des Zylinders in einer Position näher zu der Brennkammerseite als der in der Kolbenringnut 3 eingebrachte Kolbenring verbleibt, wird als Abgas ausgestoßen, ohne verbrannt zu werden. Zum Zwecke des Reinigens des Abgases ist es wünschenswert, dass ein Abstand a zwischen einer oberen Fläche 6 und der Kolbenringnut 3 so gering wie möglich ist. Allerdings würde eine Verminderung des Abstands a eine Gefahr des Erhöhens einer Temperatur an der Kolbenringnut 3 erhöhen und eine Gasleckage aufgrund erhöhten Verschleißes verursachen. Bei dem in 12 gezeigten Kolben sind daher die zwei Kolbenringnuten 3 und 4, die näher zu der oberen Fläche 6 sind, in einem Kolbenringträger 7 ausgeformt, der auch als Träger bezeichnet wird, der getrennt von dem Kolbenkörper 1 aus Niresist-Gußeisen hergestellt ist. Der Kolbenringträger 7 wird in den Kolbenkörper 1 gleichzeitig gegossen, wenn der Kolbenkörper 1 gegossen wird.
Ferner ist zum Kühlen der Kolbenringnuten 3, 4 und 5 gegenüber Verbrennungswärme etc. ein ringförmiger Kühlhohlraum 8 auf der Innenseite der Kolbenringnuten 3, 4 und 5 gebildet, der ermöglicht, dass Öl durch diesen zum Kühlen fließt. Wie in der japanischen geprüften Gebrauchsmusteranmeldungsschrift Nr. 58–52346 beispielsweise offenbart, wurde der Kühlhohlraum 8 herkömmlich unter Einsatz eines Salzkerns gebildet, wenn der Kolbenkörper 1 gegossen wird. Nach dem Gießen des Kolbenkörpers 1 wird der Salzkern mit Wasser gelöst und beseitigt.
In dem Falle des Bildens des Kühlhohlraumes 8 unter Einsatz des Salzkerns gibt es allerdings eine Begrenzung beim Vermindern eines Abstands b zwischen dem Kühlhohlraum 8 und den Kolbenringnuten 3, 4. Andererseits sollte der Abstand b auf einen geringeren Wert im Hinblick auf ein Verbessern einer Kühlwirkung der Kolbenringnuten 3 und 4 eingestellt werden.
Vor diesem Hintergrund schlägt beispielsweise die japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 5–240347 vor, einen Kühlhohlraum durch Verbinden eines ringförmigen Teils (Formlings), der von einem Kolbenkörper und einem Ringträgerkörper getrennt ist, mit der inneren Umfangsseite des Ringträgerkörpers derart zu bilden, dass der Kühlhohlraum näher zu den Kolbenringnuten positioniert ist. Ein durch Verbinden des Ringträgerkörpers und des Formlings erhaltener Kolbenringträger wird in den Kolbenkörper gleichzeitig mit dem Gießen des Kolbenkörpers eingegossen. Ferner ist bei dem in der oben genannten Veröffentlichung offenbarten Kolbenringträger der Formling in der Form einer Metallplatte aus rostfreiem Stahl und besitzt einen im wesentlichen kanalförmigen Querschnitt. Der Formling ist auf einen zapfenförmigen Abschnitt gesetzt, der in einer inneren Umfangsfläche des Ringträgerkörpers gebildet ist, und ist mit dem Ringträgerkörper durch Bogenschweißen, etc. verbunden. Zusätzlich ist der Ringträgerkörper aus Niresist-Gußeisen oder dergleichen hergestellt.
Allerdings besitzt der in der oben genannten japanischen ungeprüften Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 5.240347 offenbarte Ringträgerkörper ein Problem dahingehend, dass die Verbindungsstelle zwischen dem Ringträgerkörper und dem Formling nicht zuverlässig ist. Wenn ein Bogenschweißen als Verbindungsmittel eingesetzt wird, neigen insbesondere Schweißdefekte wie Blaslöcher dazu, in einem Verbindungsabschnitt aufzutreten. Ebenso ist es schwierig, den Formling mit einem im wesentlichen kanalförmigen Querschnitt auf den zapfenförmigen Abschnitt zu setzen, der in der inneren Umfangsfläche des Ringträgerkörpers gebildet ist. Ferner muss in dem Fall, in welchem der Kolbenkörper aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist, der Kolbenringträger mit einem Aluminium-basierten Material beschichtet werden, bevor der Kolbenringträger in den Kolbenkörper eingegossen wird, und zwar aufgrund der schlechten Verträglichkeit des Kolbenkörpers in dem Eingießschritt mit dem aus Niresist-Gußeisen hergestellten Ringträgerkörper und dem Formling in der Form einer Metallplatte aus rostfreiem Stahl, die in der oben genannten Veröffentlichung offenbart sind. Allerdings kann ein ausreichendes Niveau der Verbindungsfestigkeit selbst mit einer solchen Beschichtung nicht erzielt werden, und der zusätzliche Beschichtungsschritt erhöht die Produktionskosten.
Im Hinblick auf das Lösen der oben genannten Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kolbenringträger mit einem Kühlhohlraum und ein Verfahren zum Herstellen des Kolbenringträgers bereitzustellen, die eine Wirkung zum Kühlen der Kolbenringe verbessern können und die Herstellbarkeit und Zuverlässigkeit verbessern können.
Gemäß der Erfindung wird in einer Zielrichtung ein Kolbenringträger mit einem Kühlhohlraum zum Gießen in einen Kolbenkörper und zum Aufnehmen eines Kolbenrings bereitgestellt, wobei der Kolbenringträger einen ringförmigen Ringträgerkörper aus einem Metallbasierten, gesinterten Material zum Aufnehmen des Kolbenringes und ein ringförmiges, hohlraumbildendes Element aus einem röhrenförmigen Material, das mit dem inneren Umfang des Ringträgerkörpers verbunden ist, aufweist, wobei der Ringträgerkörper aus einem Material ist, das beim Sintern kontrahierbar ist, um den Ringträgerkörper und das hohlraumbildende Element durch eine Sinterpassverbindung zu verbinden, wobei der Kühlhohlraum durch den umschlossenen Hohlraum in dem hohlraumbildenden Element vorgesehen ist, und eine innere Umfangsfläche des Kolbenringträgers und eine äußere Umfangsfläche des hohlraumbildenden Elements sind jeweils in der form einer zylindrischen Fläche, und die innere Umfangsfläche des Kolbenringträgers und die äußere Umfangsfläche des hohlraumbildenden Elements sind ohne Spalt dazwischen verbunden.
Mit diesen Merkmalen kann, da der Kühlhohlraum durch Verbinden des Ringträgerkörpers, der den an dem Kolbenringträger angebrachten Kolbenring aufnimmt, und des hohlraumbildenden Elements gebildet ist, der Kühlhohlraum näher zu dem Kolbenring positioniert werden, und die Kühlwirkung kann verbessert werden. Da das hohlraumbildende Element durch das röhrenförmige Material aufgebaut ist und der Kühlhohlraum durch den umschlossenen Raum in dem hohlraumbildenden Element gebildet ist, wird ebenso verhindert, dass ein Material des Kolbenkörpers während eines Gießschritts des Kolbenkörpers in den Kühlhohlraum in dem hohlraumbildenden Element eintritt. Da ferner der Ringträgerkörper und das hohlraumbildende Element, das seitens des inneren Umfangs des ersteren angebracht ist, miteinander unter Einsatz eines solchen Phänomens verbunden sind, dass der Ringträgerkörper beim Sintern kontrahiert wird, kann das hohlraumbildende Element leicht mit dem Ringträgerkörper in einem positiver verbundenen Zustands zwischen dem Ringträgerkörper und dem hohlraumbildenden Element verbunden werden. Darüber hinaus kann eine Gestalt des Ringträgerkörpers, der aus einem Metallbasierten, gesinterten Material hergestellt ist, mit vergleichsweise hoher Flexibilität verwirklicht werden, und es kann ein gewünschtes Material aus einem vergleichsweise breiten Bereich ausgewählt werden. Es ist daher möglich, ein Material auszuwählen, das hinsichtlich des Verschleißwiderstands bei hohen Temperaturen überlegen ist und einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzt, der nahe zu demjenigen des Materials des Kolbenkörpers ist. Zusätzlich kann die Kompatibilität des Kolbenringträgers mit dem Kolbenkörper in den Eingießschritt leicht durch Infiltration, etc. verbessert werden.
Bei dem obigen Kolbenringträger mit dem Kühlhohlraum sind der Ringträgerkörper und das hohlraumbildende Element bevorzugt miteinander durch Löten verbunden.
Mit diesem Merkmal sind der Ringträgerkörper und das hohlraumbildende Element miteinander mit höherer Zuverlässigkeit verbunden.
Gemäß einer weiteren Zielrichtung der vorliegenden Erfindung wird ein Kolbenringträger mit einem Kühlhohlraum zum Eingießen in einen Kolbenkörper und mit welchem ein Kolbenring verbunden ist, bereitgestellt, wobei der Kolbenringträger einen ringförmigen Trägerkörper aus einem Metallbasierten, gesinterten Material zum Aufnehmen des Kolbenrings und ein ringförmiges hohlraumbildendes Element aus einem röhrenförmigen Material, das mit dem inneren Umfang des Ringträgerkörpers verbunden ist, aufweist, wobei eine gelötete Verbindung zwischen dem Ringträgerkörper und dem hohlraumbildenden Element vorgesehen ist und der Kühlhohlraum ein umschlossener Raum in dem hohlraumbildenden Element ist, wobei eine innere Umfangsfläche des Kolbenringträgers und eine äußere Umfangsfläche des hohlraumbildenden Elements jeweils in der Form einer zylindrischen Fläche sind, und die innere Umfangsfläche des Kolbenringträgers und die äußere Umfangsfläche des hohlraumbildenden Elements sind ohne Spalt dazwischen verbunden.
Mit diesen Merkmalen kann, da der Kühlhohlraum durch Verbinden des Ringträgerkörpers, der den an dem Kolbenringträger angebrachten Kolbenring aufnimmt, und des hohlraumbildenden Elements gebildet ist, der Kühlhohlraum näher zu dem Kolbenring positioniert werden und die Kühlwirkung kann verbessert werden. Da das hohlraumbildende Element durch das röhrenförmige Material aufgebaut ist und der Kühlhohlraum durch den umschlossenen Raum in dem hohlraumbildenden Element gebildet ist, kann ebenso verhindert werden, dass das Material des Kolbenkörpers während eines Gießschritts des Kolbenkörper in das hohlraumbildende Element eindringt. Da ferner der Ringträgerkörper und das hohlraumbildende Element miteinander durch Löten verbunden sind, können sie beispielsweise gleichzeitig mit dem Sintern verlötet werden, und das hohlraumbildende Element kann leicht mit dem Ringträgerkörper in einem positiv verbundenen Zustand zwischen dem Ringträgerkörper und dem hohlraumbildenden Element zusammengesetzt werden. Darüber hinaus kann eine Gestalt des aus dem metallbasierten, gesinterten Material hergestellten Ringträgerkörpers mit vergleichsweise hoher Flexibilität verwirklicht werden, und ein gewünschtes Material kann aus einem vergleichsweise breiten Bereich ausgewählt werden. Es ist daher möglich, ein Material auszuwählen, das im Hinblick auf den Verschleißwiderstand bei hohen Temperaturen überlegen ist und einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzt, der nahe zu demjenigen des Materials des Kolbenkörpers ist. Zusätzlich kann die Kompatibilität des Kolbenringträgers mit dem Kolbenkörper in dem Eingießschritt leicht durch Infiltration, etc. verbessert werden.
Bei dem obigen Kolbenringträger mit dem Kühlhohlraum ist ein Lötmaterial für das Löten bevorzugt ein Kupfer-Nickel-Manganbasiertes Lötmaterial.
Mit diesem Merkmal wird beispielsweise verhindert, dass das geschmolzene Lötmaterial in das metallbasierte, gesinterte Material eindringt, und es kann ein zufriedenstellendes Löten erzielt werden.
Bei dem obigen Kolbenringträger mit dem Kühlhohlraum besitzen verbundene Bereiche des Ringträgerkörpers und des hohlraumbildenden Elements eine Oberflächenrauhigkeit im Bereich von 0,5 – 100 μm, bevorzugt 1 – 20 μm.
Der obige Oberflächenrauhigkeitsbereich ist im Hinblick auf die Verbindungspassung und Verbindungsfestigkeit bevorzugt, insbesondere wenn der Ringträgerkörper aus einem eisenbasierten, gesinterten Material hergestellt ist.
Bei dem obigen Kolbenringträger mit dem Kühlhohlraum ist bevorzugt eine verjüngte Fläche in einem oberen, inneren Umfangsabschnitt des Ringträgerkörpers derart vorgesehen, um sich zu der Seite des inneren Umfangs hin zu neigen, und eine äußere Umfangsfläche des hohlraumbildenden Elements steht nach oben über die verjüngte Oberfläche des Ringträgerkörpers hervor.
Mit diesen Merkmalen kann eine zwischen der verjüngten Oberfläche des Ringträgerkörpers und der äußeren Umfangsfläche des hohlraumbildenden Elements gebildete Nut zum darin Anordnen des Lötmaterials zum Löten verwendet werden. Ebenso wird beim Löten das geschmolzene Lötmaterial durch die verjüngte Oberfläche zu dem Ringträgerkörper geführt, um sicher in einen Spalt zwischen dem Ringträgerkörper und dem hohlraumbildenden Element einzutreten. Zusätzlich kann verhindert werden, dass das Lötmaterial zu anderen Abschnitten als den verbundenen Oberflächen austritt.
Um die obige Aufgabe zu lösen wird gemäß noch einer weiteren Zielrichtung der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Kolbenringträgers mit einem Kühlhohlraum, der in einen Kolbenringträger eingegossen ist und an welchem ein Kolbenring angebracht ist, bereitgestellt, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Schritte aufweist: Komprimieren eines Rohmaterialpulvers, das ein Metall als Hauptkomponente enthält, um einen pulververdichteten Körper zu bilden, der ein ringförmiger Ringträgerkörper wird, welcher den Kolbenring aufnimmt, welcher an dem Kolbenringträger angebracht wird; Anbringen eines ringförmigen, hohlraumbildenden Elements, das aus einem röhrenförmigen Material hergestellt ist, seitens des inneren Umfangs des pulververdichteten Körpers; Sintern des pulververdichteten Körpers zusammen mit dem hohlraumbildenden Element; und Verbinden eines durch Sintern des pulververdichteten Körpers erhaltenen gesinterten Körpers und des hohlraumbildenden Elements basierend auf einer Kontraktion des pulververdichteten Körpers, die beim Sintern auftritt, wobei der Kühlhohlraum durch einen umschlossenen Raum in dem hohlraumbildenden Element gebildet wird.
Bei dem obigen Verfahren zum Herstellen eines Kolbenringträgers mit einem Kühlhohlraum werden bevorzugt der Ringträgerkörper und das hohlraumbildende Element miteinander während des Sinterschritts verlötet.
Durch Verlöten des Ringträgerkörpers und des hohlraumbildenden Elements während des Sinterschritts kann eine Erhöhung der Anzahl an Herstellungsschritten vermieden werden.
Um die obige Aufgabe zu lösen wird gemäß noch einer weiteren Zielrichtung der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Kolbenringträgers mit einem Kühlhohlraum, der in einen Kolbenkörper eingegossen ist und an welchem ein Kolbenring angebracht ist, bereitgestellt, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Schritte aufweist: Komprimieren eines Rohmaterialpulvers, das ein Metall als Hauptkomponente enthält, um einen pulververdichteten Körper zu bilden, der ein ringförmiger Ringträgerkörper wird, welcher den Kolbenring aufnimmt, der an dem Kolbenringträger angebracht wird; Anbringen eines ringförmigen, hohlraumbildenden Elements, das aus einem röhrenförmigen Material hergestellt ist, seitens des inneren Umfangs des pulververdichteten Körpers; Sintern des pulververdichteten Körpers zusammen mit dem hohlraumbildenden Element; und Verbinden eines durch Sintern des pulververdichteten Körpers erhaltenen, gesinterten Körpers und des hohlraumbildenden Elements miteinander durch Verlöten während des Sinterschritts, wobei der Kühlhohlraum durch einen umschlossenen Raum in dem hohlraumbildenden Element gebildet wird.
Durch Verlöten des Ringträgerkörpers und des hohlraumbildenden Elements während des Sinterns kann eine Erhöhung der Anzahl an Herstellungsschritten vermieden werden.
Bei dem obigen Verfahren zum Herstellen eines Kolbenringträgers mit einem Kühlhohlraum wird bevorzugt ein aus einem pulververdichteten Körper gebildetes Lötmaterial als Lötmaterial für das Löten verwendet.
Mit diesem Merkmal kann ein zufriedenstellendes Löten erzielt werden.
Bei dem obigen Verfahren zur Herstellung eines Kolbenringträgers mit einem Kühlhohlraum wird bevorzugt ein Kupfer-Nickel-Mangan-basiertes Lötmaterial als Lötmaterial für das Löten verwendet.
Mit diesem Merkmal wird beispielsweise verhindert, dass das geschmolzene Lötmaterial in das metallbasierte, gesinterte Material eindringt, und es kann ein zufriedenstellendes Löten erzielt werden.
Bei dem obigen Verfahren zum Herstellen eines Kolberingträgers mit einem Kühlhohlraum liegt ein Spalt zwischen verbundenen Bereichen des Ringträgerkörpers und dem hohlraumbildenden Elements, die miteinander verlötet werden, bevorzugt in dem Bereich von 0,01 bis 0,8 mm, bevorzugt 0,05 - 0, 15 mm.
Der obige Spaltbereich ist im Hinblick auf die Verbindungspassung und Verbindungsfestigkeit bevorzugt, insbesondere wenn der Ringträgerkörper aus einem eisenbasierten, gesinterten Material hergestellt ist.
Bei dem obigen Verfahren zum Herstellen eines Kolbenringträgers mit einem Kühlhohlraum liegt die Sintertemperatur bevorzugt im Bereich von 1130 – 1150°C.
Der obige Bereich der Sintertemperatur ist ebenso als Verbindungstemperatur für das Löten bevorzugt, insbesondere wenn der Ringträgerkörper aus einem eisenbasierten, gesinterten Material hergestellt ist.
Bei dem obigen Verfahren zum Herstellen eines Kolbenringträgers mit einem Kühlhohlraum ist die Sinteratmosphäre bevorzugt eine Stickstoff-basierte Atmosphäre.
Eine solche Sinteratmosphäre ist ebenso als Verbindungsatmosphäre für das Löten bevorzugt, insbesondere wenn der Ringträgerkörper aus einem eisenbasierten, gesinterten Material hergestellt ist.
Bei dem obigen Verfahren zum Herstellen eines Kolbenringträgers mit einem Kühlhohlraum ist ein zum Sintern verwendeter Sinterofen bevorzugt ein kontinuierlicher Ofen.
Bei dem obigen Verfahren zum Herstellen eines Kolbenringträgers mit einem Kühlhohlraum besitzen verbundene Bereiche des Ringträgerkörpers und des hohlraumbildenden Elements bevorzugt eine Oberflächenrauhigkeit im Bereich von 0,5 – 100 μm, bevorzugt 1,0 – 20 μm.
Der obige Oberflächenrauhigkeitsbereich ist im Hinblick auf die Verbindungspassung und die Verbindungsfestigkeit bevorzugt, insbesondere wenn der Ringträgerkörper aus einem eisenbasierten, gesinterten Material hergestellt ist.
Bei dem obigen Verfahren zum Herstellen eines Kolbenringträgers mit einem Kühlhohlraum ist bevorzugt eine verjüngte Fläche in einem oberen inneren Umfangsabschnitt des Ringträgerkörpers derart gebildet, um sich zur Seite des inneren Umfangs zu neigen, und ein Lötmaterial wird zwischen der verjüngten Fläche und der äußeren Umfangsfläche des hohlraumbildenden Elements in dem Lötschritt angeordnet.
Mit diesen Merkmalen wird in dem Lötschritt das geschmolzene Lötmaterial durch die verjüngte Fläche des Ringträgerkörpers geführt, um sicher in den Spalt zwischen dem Ringträgerkörper und dem hohlraumbildenden Element einzutreten. Zusätzlich kann verhindert werden, dass das Lötmaterial zu anderen Abschnitten als den verbundenen Flächen austritt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 Diese zeigt eine Ausführungsform dieser Erfindung, den Kolbenringträger und die Querschnittsansicht des Kolbenkörpers, der wie in Anspruch 1 gegossen ist.
2 Diese ist eine Querschnittsansicht nur oberhalb des Kolbenringträgers.
3 Diese ist eine Explosionsansicht nur oberhalb des Kolbenringträgers.
4 Diese zeigt eine Ausführungsform dieser Erfindung, den Kolbenringträger und eine Draufsicht des Kolbenkörpers aus Anspruch 2.
5 Diese zeigte eine Ausführungsform dieser Erfindung, den Kolbenringträger und eine Querschnittsansicht des Kolbenkörpers aus Anspruch 3.
6 Diese zeigte eine Ausführungsform dieser Erfindung, den Kolbenringträger und eine Querschnittsansicht der Verbindung aus Anspruch 4.
7 Diese zeigte eine Ausführungsform dieser Erfindung, den Kolbenringträger und eine Querschnittsansicht der Verbindung aus Anspruch 5.
8 Diese zeigte eine Ausführungsform dieser Erfindung, den Kolbenringträger und eine Querschnittsansicht der Verbindung aus Anspruch 6.
9 Diese zeigte eine Ausführungsform dieser Erfindung, den Kolbenringträger und eine Querschnittsansicht der Verbindung aus Anspruch 7.
10 Diese zeigte eine Ausführungsform dieser Erfindung, den Kolbenringträger und eine Querschnittsansicht der Verbindung aus Anspruch 8.
11 Diese zeigte eine Ausführungsform dieser Erfindung, den Kolbenringträger und eine Querschnittsansicht der Verbindung aus Anspruch 9.
12 Diese ist eine Querschnittsansicht eines Beispiels eines Kolbens aus dem Stand der Technik.

11: Kolbenkörper
19,20: Kolbenringe
31: Kolbenringträger
32: Kühlhohlraum
33: Ringträgerkörper
34: hohlraumbildendes Element
36: Lötmaterial zum Löten
42: Lötmaterial zum Löten
51: verjüngte Fläche
52: Lötmaterial zum Löten
c: Verbindungsschlitz

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ein Kolbenringträger mit einem Hohlraum und ein Verfahren zum Herstellen des Kolbenringträgers gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend in Verbindung mit einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es wird zuerst eine Beschreibung der Konstruktion eines Kolbenkörpers und eines Kolbenringträgers im Detail gegeben. Ein Kolben, auf welchen der Kolbenringträger gemäß dieser Ausführungsform aufgebracht wird, wird in einem Automobilmotor verwendet. Der Kolben umfasst hauptsächlich einen Kolbenkörper 11, wie in 1 gezeigt. Der Kolbenkörper 11 ist unter Einsatz eines Aluminiumlegierungsmaterials, z.B. einer Al-Si-basierten Legierung gegossen und besitzt einen darin definierten Hohlraum 12 und eine Kolbenbolzenbohrung 13, die mit dem Hohlraum 12 in Verbindung steht. Ebenso ist eine Vertiefung 15 in einer oberen Fläche 14 des Kolbenkörpers 11, d.h. in einer Endfläche des Kolbenkörpers 11, die einer Brennkammer zugewandt ist, gebildet.
Eine Mehrzahl ringförmiger Kolbenringnuten 16, 17 und 18 sind in einer äußeren Umfangsfläche des Kolbens gebildet. Kolbenringe 19, 20 und 21, die über eine innere Umfangsfläche eines Zylinders(nicht gezeigt) gleiten, sind in die Kolbenringnuten 16, 17 bzw. 18 eingesetzt. Die Kolbenringnut 18, die am meisten von der oberen Fläche 14 beabstandet ist, ist direkt in dem Kolbenkörper 11 gebildet, während die anderen Kolbenringnuten 16 und 17 in einem Kolbenringträger 31 mit einem Kühlhohlraum gebildet sind, der von dem Kolbenkörper 11 getrennt ist. Der Kolbenringträger 31 wird integral in den Kolbenkörper 11 während des Gießens des Kolbenkörpers 11 gegossen. Ferner ist eine Kühlhohlraum 32 in dem Kolbenringträger 31 gebildet, der es Öl ermöglicht, durch diesen zur Kühlung zu fließen, und ein Durchgangsloch (nicht gezeigt) zum Zuführen von Öl von dem Kühlhohlraum 32 ist in dem Kolbenkörper 11 gebildet.
Ein erstes Beispiel des Kolbenringträgers 31 wird nun unter Bezugnahme auf 1 bis 3 beschrieben. Der Kolbenringträger 31 ist durch Anbringen eines ringförmigen, hohlraumbildenden Elements 34, das aus einem metallischen, röhrenförmigen Material gebildet ist, seitens des inneren Umfangs eines ringförmigen Ringträgerkörpers 33, der aus einem metallbasierten, gesinterten Material hergestellt ist, gebildet. Ein in dem Hohlraum bildenden Element 34 gebildeter, umschlossener Raum definiert den Kühlhohlraum 32. Ferner ist der Ringträgerkörper 33, der die Kolbenringnuten 16 und 17 darin besitzt, aus einem Graphit-ausfällenden, eisenbasierten, gesinterten Material hergestellt. Als ein Beispiel der Materialzusammensetzung enthält das eisenbasierte, gesinterte Material Cr: 0,5 – 5 %, Mn: 0,2 -1 %, S: 0,05 – 1 %, B: 0,05 – 1 %, C: 0,5 – 5 %, Ni: 1 -12 %, Ti: 0,5 – 5 %, und Cu: 1 – 4 %. Ebenso besitzt es eine solche Struktur, dass eine Matrix hauptsächlich eine Austenitphase ist, und freies Graphit ausgefällt und in Poren gewachsen. Zusätzlich ist die Zusammensetzung des gesinterten Materials derart eingestellt, dass das Material beim Sintern kontrahiert wird. Um dies zu verwirklichen wird beispielsweise der Gehalt an Ni erhöht. Andererseits das hohlraumbildende Element 34 aus Flussstahl, z.B. aus zenitischem rostfreien Stahl hergestellt.
Eine innere Umfangsfläche des Kolbenringträgers 31 und eine äußere Umfangsfläche des hohlraumbildenden Elements 34 sind miteinander durch Sinterpassung und Löten (wird später beschrieben) verbunden. Die innere Umfangsfläche des Kolbenringträgers 31 und die äußere Umfangsfläche des hohlraumbildenden Elements 34 sind jeweils in der Form einer zylindrischen Fläche. Ferner besitzt der Kolbenringträger 31 eine axiale Länge, die annähernd gleich derjenigen des hohlraumbildenden Elements 34 ist.
Als nächstes wird eine Beschreibung des Kolbenringträgers 31 mit den Kühlhohlraum und eines Verfahrens zum Herstellen des Kolbens unter Einsatz des Kolbenringträgers mit dem Kühlhohlraum beschrieben. Von dem Ringträgerkörper 33 und dem hohlraumbildenden Element 34, die gemeinsam den Kolbenringträger 31 bilden, wird das hohlraumbildende Element 34 beispielsweise durch Pressen eines röhrförmigen Materials in ein ringförmiges Element, das eine äußere Umfangsflächengestalt besitzt, welche zu der inneren Umfangsflächengestalt des Ringträgerkörpers 33 passt, erhalten. Beide Enden des röhrenförmigen Materials werden miteinander in Anlage gebracht und dann verschweißt, während ein umschlossener Raum in dem hohlraumbildenden Element 34 definiert wird, um als Kühlhohlraum 32 zu dienen.
Der Ringträgerkörper 33 wird durch Pulvermetallurgie hergestellt. Zunächst wird ein pulververdichteter Körper als Rohling des Ringträgerkörpers 33 aus einem Rohmaterialpulver gebildet (Pulverdichtungsschritt). Genauer gesagt wird bei diesem Pulververdichtungsschritt das Rohmaterialpulver gepresst und komprimiert, und zwar unter Einsatz einer Pulververdichtungspresse, wodurch der pulververdichtete Körper gebildet wird. Der Verdichtungsdruck liegt im Bereich von 5 – 7 t/cm², und das Dichteverhältnis des so gebildeten, pulververdichteten Körpers ist im Bereich von 80 – 85 %. In der Phase des Pulverdichtens sind die Kolbenringnuten 16 und 17 noch nicht in dem Ringträgerkörper 33 gebildet, und eine äußere Umfangsfläche des Ringträgerkörpers 33 ist in der Form einer zylindrischen Fläche, wie in 2 und 3 gezeigt. Zusätzlich muss zum späteren Bilden der Kolbenringnuten 16 und 17 der Ringträgerkörper 33 eine gewisse Dicke besitzen.
Dann wird das wie oben beschrieben hergestellte hohlraumbildende Element 34 seitens des inneren Umfangs des Ringträgerkörpers 33, der durch den pulververdichteten Körper gebildet ist, eingesetzt und der Ringträgerkörper 33 wird zusammen mit dem hohlraumbildenden Element in einem Sinterofen erwärmt und gesintert (Sinterschritt). Die Temperatur in dem Sinterschritt liegt im Bereich von 1120 -1150°C, und die Sinterzeit liegt im Bereich von 30 Minuten bis 1 Stunde. Ferner wird denaturiertes Gas eines Naturgases oder N₂-H₂ oder Amoniak-zerlegtes Gas als Atmosphärengas zum Bilden einer Endothermen Reduktionsatmosphäre verwendet.
Während des Sinterschritts wird der Ringträgerkörper 33 kontrahiert. Andererseits durchläuft das aus rostfreiem Stahl hergestellte, hohlraumbildende Element 34 eine geringere Abmessungsveränderung als der Ringträgerkörper 33. Dementsprechend wird der Ringträgerkörper 33 in engen Druckkontakt mit dem hohlraumbildenden Element 34 gebracht, woraufhin der Ringträgerkörper 33 und das hohlraumbildende Element 34 miteinander verbunden sind. Dies wird als Sinterpassung bezeichnet.
Ferner können in dem Sinterschritt der Ringträgerkörper 33 und das hohlraumbildende Element 34 zusätzlich verlötet werden (Lötschritt). Für das Löten sind Ausschnitte 35 in einer oberen, inneren Umfangsfläche des Ringträgerkörpers 33 in verschiedenen Positionen gebildet, und tablettenförmige Lötmaterialien 36 werden in den Ausschnitten 35 in dem Pulververdichtungsschritt platziert. Das Lötmaterial 36 ist ein Kupfer-basiertes Material. Als Beispiel der Materialzusammensetzung enthält das Lötmaterial Mn: 12,3 -17,0 %, Ni: 29,3 – 41,3 %, Fe: 0,21 – 21,5 %, B: 0 – 1,47 %, Si: 0 – 2,00 %, C: 0,02 – 0,43 %, O₂: 0,44 – 2,1 %, und der Rest: Cu. Durch Ausführen des Sinterschritts in einem Zustand, in welchem die Lötmaterialien 36 in den Ausschnitten 35 platziert sind, werden die Lötmaterialien 36 unter der beim Sintern erzeugten Wärme geschmolzen, und das geschmolzene Lötmaterial dringt in die Grenze zwischen dem Ringträgerkörper 33 und dem hohlraumbildenden Element 34 durch ein Kapillarphänomen ein. Als Ergebnis hieraus werden der Ringträgerkörper 33 und das hohlraumbildende Element 34 positiver miteinander in Kombination mit der oben beschriebenen Sinterpassung verbunden. Um das Löten mi einem zufriedenstellenden Ergebnis zu erzielen, wird insbesondere die Sintertemperatur bevorzugt derart eingestellt, um im Bereich von 1130 – 1140°C zu liegen.
Anschließend wird eine Aluminiumlegierung, die ein ähnliches Material zu demjenigen des Kolbenkörpers 11 ist, in den aus einem gesinterten Körper gebildeten Ringträgerkörper 33 infiltriert (Infiltrierschritt). Dieselbe Aluminiumlegierung, d.h. AC8A oder AC8C (gemäß den japanischen Industrienormen (JIS)), wie sie in dem Kolbenkörper 11 verwendet wird, wird als Infiltrationsmaterial eingesetzt. Der Infiltrationsschritt wird durch Vakuumimprägnation durchgeführt. Genauer gesagt wird der Kolbenringträger 31 bei Temperaturen im Bereich von 700 – 750°C gehalten und für etwa eine Stunde in einem Vakuumgefäß evakuiert, um Gas von Poren in dem den Ringträgerkörper 33 bildenden, gesinterten Körper zu beseitigen, so dass das Infiltrationsmaterial sanft in die Poren imprägniert wird. Danach wird der Kolbenringträger 31 in eine geschmolzene Aluminiumlegierung eingetaucht und unter einem Druck von 8 atm. für 5 – 60 Minuten gehalten. Als Ergebnis hieraus sind die Poren des gesinterten Körpers mit der Aluminiumlegierung imprägniert.
Der so fertiggestellte Kolbenringträger 31 wird in den Kolbenkörper 11 gleichzeitig mit dem Gießen des Kolbenkörpers 11 unter Schwerkraft gegossen (Gießschritt). Bei dem Gießschritt wird der Kolbenringträger 31 in eine Gießform gegeben und eine Al-Si-basierte Legierung als Material des Kolbenkörpers 11 wird geschmolzen und in die Gießform gegossen. Dabei wird der den Kolbenringträger 31 als integralen Teil enthaltende Kolbenkörper 11 gebildet.
Anschließend werden die Kolbenringnuten 16 und 17 durch mechanische Bearbeitung (Schneiden) des Ringträgerkörpers 33, der einen äußeren Umfangsabschnitt des Kolbenringträgers 31 darstellt, gebildet. Der Grund, warum die Kolbenringnuten 16 und 17 durch nachträgliche Bearbeitung gebildet werden, besteht in einer Verbesserung der Genauigkeit der Position und Abmessung der Kolbenringnuten 16 und 17.
Da wie oben beschrieben der Kolbenringträger 31 durch Kombinieren des Ringträgerkörpers 33 und des hohlraumbildenden Elements 34 miteinander aufgebaut wird und der Kühlhohlraum 32 in dem Kolbenringträger 31 durch den inneren Raum des hohlraumbildenden Elements 34 gebildet wird, kann der Kühlhohlraum 32 näher zu den Kolbenringnuten 16 und 17 und somit den Kolbenringen 19, 20 positioniert werden. In anderen Worten kann der Abstand b zwischen dem Kühlhohlraum 32 und den Kolbenringnuten 16, 17 vermindert werden, und daher kann die Kühlwirkung verbessert werden. Dementsprechend kann ein Verschleiß des Kolbenringträgers 31 unter hohen Temperaturen unterdrückt werden. Als Ergebnis hieraus ist es möglich, den Abstand a zwischen der oberen Fläche 14 des Kolbenkörpers 11 und der Kolbenringnut 16 zu vermindern, um die Menge an Verbrennungsgas zu reduzieren, die als Abgas ausgestoßen wird, ohne verbrannt zu werden, und eine Reinigung des Abgases zu erzielen.
Da ebenso der Ringträgerkörper 33 und das hohlraumbildende Element 34, das seitens des inneren Umfangs des ersteren eingesetzt wird, miteinander unter Einsatz eines solchen Phänomens verbunden werden, dass der Ringträgerkörper 33 beim Sintern kontrahiert wird, kann das hohlraumbildende Element 34 leicht an dem Ringträgerkörper 33 in einem positiver verbundenen Zustand zwischen dem Ringträgerkörper 33 und dem hohlraumbildenden Element 34 angebracht werden. Obgleich eine auf der Sinterpassung basierende Verbindung für verbundene Flächen in der Radialrichtung wirksam ist, kann die Verbindungswirkung infolge der Sinterpassung maximal genutzt werden, da die Axiallänge der inneren Umfangsfläche des Ringträgerkörpers 33 annähernd derjenigen des hohlraumbildenden Elements 34 ist. Da darüber hinaus der Ringträgerkörper 33 und das hohlraumbildende Element 34 zusätzlich miteinander verlötet sind, kann die Verbindung zwischen dem Ringträgerkörper 33 und dem hohlraumbildenden Element 34 mit höherer Gewissheit verwirklicht werden. Da das Löten gleichzeitig mit dem Sintern des pulververdichteten Körpers durchgeführt wird, kann eine Erhöhung der Anzahl an Herstellungsschritten vermieden werden.
Da ferner das hohlraumbildende Element 34 durch das röhrenförmige Element gebildet ist, verbleibt kein mit dem Kühlhohlraum 32 in Verbindung stehender Spalt zwischen dem Ringträgerkörper 33 und dem hohlraumbildenden Element 34, und es wird verhindert, dass das Material des Kolbenkörpers 11 in den Kühlhohlraum 32 in dem hohlraumbildenden Element 34 während des Gießschritts zum Gießen des Kolbenkörpers 11 eindringt, was zu einer höheren Zuverlässigkeit führt. Da es keine Notwendigkeit zum Verschweißen des Ringträgerkörpers 33 und des hohlraumbildenden Elements 34 gibt, können die Produktionskosten weiter vermindert werden.
Da darüber hinaus der Ringträgerkörper 33, in welchem die Kolbenringnuten 16 und 17 gebildet sind, aus einem metallbasierten, gesinterten Material hergestellt ist, werden solche Vorteile erzielt, dass eine Gestalt des Ringträgerkörpers 33 mit vergleichsweise hoher Flexibilität verwirklicht werden kann und ein gewünschtes Material aus einem vergleichsweise breiten Bereich ausgewählt werden kann. Beispielsweise kann ein Graphit-ausfällendes, eisenbasiertes, gesintertes Material als Material des Ringträgerkörpers 33 wie in der obigen Ausführungsform beschrieben, verwendet werden. Das Graphit-ausfällende, eisenbasierte, gesinterte Material ist im Hinblick auf den Verschleißwiderstand bei hohen Temperaturen überlegen und besitzt einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der nahe zu demjenigen einer Al-Sibasierten Legierung als Material des Kolbenkörpers 11 ist, wodurch eine höhere Verbindungsfestigkeit in Bezug auf den Kolbenkörper 11 bereitgestellt wird. Zusätzlich ist eine Angriffseigenschaft des Graphit-ausfällenden, eisenbasierten, gesinterten Materials gegen das hinzu kombinierte Teil gering.
Da darüber hinaus eine Aluminiumlegierung in den aus einem gesinterten Körper gebildeten Ringträgerkörper 33 vor dem Gießen in den Kolbenkörper 11 infiltriert wird, werden aus den Poren des Ringträgerkörpers 33 während des Eingießens keine Gase erzeugt. Dementsprechend kann ein Gießversagen infolge der Erzeugung von Gasen verhindert werden, und die Adhäsion zwischen dem Kolbenkörper 11 und dem Ringträgerkörper 33 kann verbessert werden. Ebenso ist es möglich, die thermische Leitfähigkeit zwischen dem Kolbenkörper 11 und dem Ringträgerkörper 33 zu verbessern und eine Wirkung zur Unterdrückung des Verschleißes des Ringträgerkörpers 33, in welchen die Kolbenringe 19 und 20 eingesetzt werden, unter hohen Temperaturen zu erzielen. Zusätzlich kann die Infiltration zu relativ niedrigen Kosten ausgeführt werden.
Andererseits muss das hohlraumbildende Element 34 nicht einen hohen Verschleißwiderstand besitzen und kann somit leicht und kostengünstig aus einem metallischen, röhrenförmigen Material durch Pressen etc. hergestellt werden. Da allerdings das hohlraumbildende Element 34 während des Sinterschritts erwärmt wird, ist es bevorzugt aus einem Material hergestellt, das gegenüber der während des Sinterschritts aufgebrachten Wärme dauerhaft ist und unter der Erwärmung eine geringere Abmessungsveränderung aufweist. Von diesem Standpunkt aus ist austenitischer rostfreier Stahl als Material des hohlraumbildenden Elements 34 geeignet.
Somit kann der Kolbenringträger 31 mit dem Kühlhohlraum bereitgestellt werden, der eine hohe Kühlwirkung sicherstellt und der im Hinblick auf die Herstellbarkeit und Zuverlässigkeit überlegen ist.
Es ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf das obige erste Beispiel beschränkt ist, sondern in verschiedenen modifizierten Formen umgesetzt werden kann. Beispielsweise sind in dem Kolbenringträger 31 mit dem Kühlhohlraum gemäß dem obigen ersten Beispiel die tablettenförmigen Lötmaterialien 36 zum Löten in den Ausschnitten 35 platziert, die in der oberen inneren Umfangsfläche des Ringträgerkörpers 33 in verschiedenen Positionen gebildet sind. Allerdings kann, wie in einem in 4 gezeigten zweiten Beispiel umgesetzt, eine ringförmige Nut 41 entlang des gesamten Umfangs der oberen inneren Umfangsfläche des Ringträgerkörpers 33 gebildet sein, und ein längliches Lötmaterial 42 kann in die ringförmige Nut 41 gegeben sein. Mit der Anordnung des zweiten Beispiels, bei welchem das Lötmaterial 42 entlang des gesamten Umfangs der Grenze zwischen dem Ringträgerkörper 33 und dem hohlraumbildenden Element 34 platziert ist, kann das Löten mit höherer Zuverlässigkeit erzielt werden. Es gibt allerdings kein Problem bei dem ersten Beispiel, bei welchem die Lötmaterialien teilweise entlang des Umfangs platziert sind, da das geschmolzene Lötmaterial 36 in die Grenze zwischen dem Ringträgerkörper 33 und dem hohlraumbildenden Element 34 durch ein Kapillarphänomen eindringt. Anstelle des Platzierens der Lötmaterialien 36 in den Ausschnitten 35 oder der Nut 41 kann das Lötmaterial unter Einsatz einer Bürste aufgebracht werden.
Während ferner in dem obigen ersten Beispiel der Ringträgerkörper 33 und das hohlraumbildende Element 34 miteinander nicht nur durch die Sinterpassung auf der Basis der Kontraktion des Ringträgerkörpers 33 beim Sintern, sondern auch durch das Löten verbunden sind, können sie auch nur durch die Sinterpassung verbunden sein. Umgekehrt können sie auch durch Löten allein verbunden sein. Im Falle des Einsetzens des Lötens alleine kann der Kolbenringträger 31 durch dieselben Schritte wie bei dem obigen ersten Beispiel hergestellt werden, und ähnlich Arbeitsvorteile zu denjenigen in dem obigen ersten Beispiel können erzielt werden, außer dem Vorteil, der der Sinterpassung zuzurechnen ist. Ebenso ist es im Falle des Verbindens des Ringträgerkörpers 33 und des hohlraumbildenden Elements 34 durch Löten alleine nicht erforderlich, dass das gesinterte Material des Ringträgerkörpers 33 sich beim Sintern kontrahiert.
Während darüber hinaus in dem obigen ersten Beispiel die Axiallänge des Kolbenringträgers 31 annähernd gleich zu derjenigen des hohlraumbildenden Elements 34 eingestellt ist, müssen die beiden Axiallängen nicht notwendigerweise gleich sein. Wie in einem in 5 gezeigten, dritten Beispiel umgesetzt, kann beispielsweise die Axiallänge des hohlraumbildenden Elements 34 größer sein als diejenige des Kolbenringträgers 31, um die Abmessungen des Kühlhohlraums 32 zu vergrößern. Diese Anordnung trägt zum Verbessern der Kühlwirkung bei.
Der Fall des Verlötens des Ringträgerkörpers 33 und des hohlraumbildenden Elements 34 wird nun ausführlicher beschrieben. Das als Material zum Löten verwendete Lötmaterial kann in verschiedenen Formen wie einem Pulver, einem pulververdichteten Körper, einer Scheibe, einem Draht, einer Paste und einer Folie vorliegen. Von diesen ist das Lötmaterial in der Form eines pulverdichteten Körpers bevorzugt, jedoch kann der pulververdichtete Körper verschiedene Formen wie Pellet und Ring besitzen. Im allgemeinen sind ein Kupferlötmaterial, ein Phosphor-Kupferlötmaterial, ein Messinglötmaterial, ein Silberlötmaterial, ein Goldlötmaterial, ein Palladiumlötmaterial, ein Aluminiumlötmaterial, ein Silber-Kupfer-basiertes Lötmaterial (Edelmetalllötmaterial), ein Nickellötmaterial, ein Kupfer-Nickel-Mangan-basiertes Lötmaterial, etc. als Lötmaterialien bekannt. Von diesen ist das Kupfer-Nickel-Mangan-basierte Lötmaterial besonders bevorzugt. In ähnlicher Weise zu der oben beschriebenen Zusammensetzung des Lötmaterials enthält das Kupfer-Nickel-Mangan-basierte Lötmaterial nach Gewichtsprozent Mn: 12 -20 %, Ni: 25 – 45 %, Fe: 0 – 25 %, B: 0 – 1,5 %, Si: 0 -2,0 %, C: 0,01 – 1,0 %, O₂: 0,1 – 3,0 %, und der Rest : Cu. Eine bevorzugte Zusammensetzung ist nach Gewichtsprozent gegeben durch Mn: 16,2 %, Ni: 40,1 %, Fe: 0,21 %, B: 1,47 %, Si: 2,0 %, C: 0,03 %, O₂: 0,044 %, und der Rest: Cu. Diese Pulverzusammensetzung ist eine Legierungszusammensetzung oder eine pulvergemischte Zusammensetzung. Diese zwei Zusammensetzungen können miteinander im Gebrauch kombiniert werden. Ferner besitzt das Lötmaterial Eigenschaften wie eine Fülldichte von 1,5 – 2,5 g/cm², eine Abstichdichte (tapping density) von 2,0 – 3,0 g/cm², eine Fluidität von 40 – 80 Sekunden/50 g, und eine Verdichtungskörperdichte von 5,0 -6,0 g/cm² und einen Rattlewert von 0,5 – 60 % für eine Kompression von 6 t/cm². Bevorzugte Eigenschaften des Lötmaterials sind eine Fülldichte von 2,02 g/cm², eine Abstichdichte von 2,37 g/cm², eine Fluidität (Fließvermögen) von 74 Sekunden/50 g, und eine Verdichtungskörperdichte von 5,10 g/cm² und ein Rattlewert von 52 % für eine Kompression von 6 t/cm².
Ein Spalt c (der in 6 in vergrößerter Weise geprägt ist) zwischen verbundenen Bereichen des Ringträgerkörpers 33 und des hohlraumbildenden Elements 34 variiert in Abhängigkeit von der Matrix (Materialien des Ringträgerkörpers 33 und des hohlraumbildenden Elements 34) und des Lötmaterials, die verwendet werden. Wenn der Ringträgerkörper 33 aus einem eisenbasierten, gesinterten Material wie bei dem obigen ersten Beispiel hergestellt ist, liegt der Spalt c in dem verbundenen Abschnitt bevorzugt im Bereich von 0,01 – 0,8 mm im Hinblick auf die Verbindungspassung und die Verbindungsfestigkeit, auch unter Berücksichtigung der Tatsache, dass der Ringträgerkörper 33 beim Sintern kontrahiert wird. Falls der Spalt c die obigen 0,8 mm überschreitet, gäbe es eine Neigung, dass viel leichter Fehlstellen auftreten. Falls der Spalt c geringer ist als 0,01 mm, würde die Infiltration des Lötmaterials verschlechtert. Ein besonders bevorzugter Bereich für den Spalt c beträgt 0,05 – 0,15 mm.
Obgleich die Sintertemperatur, die ebenso die Verbindungstemperatur beim Löten bereitstellt, in Abhängigkeit von der Matrix und dem Lötmaterial variiert, die verwendet werden, liegt sie bevorzugt im Bereich von 1130 -1150°C, wenn der Ringträgerkörper 33 aus einem eisenbasierten, gesinterten Material, wie bei dem obigen ersten Beispiel hergestellt ist. In diesem Temperaturbereich kann eine zufriedenstellende Verbindung infolge des Lötens erzielt werden, während ein zufriedenstellendes Sintern aufrechterhalten wird.
Ferner variiert die Sinteratmosphäre, die ebenso die Verbindungsatmosphäre beim Löten bereitstellt, in Abhängigkeit von der Matrix und dem Lötmaterial, die verwendet werden, und kann ein Vakuum, Stickstoff, eine Amoniak-zerlegte Atmosphäre, etc. sein. Wenn der Ringträgerkörper 33 aus einem eisenbasierten, gesinterten Material, wie bei dem obigen ersten Beispiel hergestellt ist, ist eine Stickstoff-basierte Atmosphäre (N₂: 80 – 99 %, H₂: 1 - 20 %), bevorzugt, die eine optimale Atmosphäre für gesinterte Materialien ist. Durch Einsetzen einer solchen Atmosphäre kann eine zufriedenstellende Verbindung infolge des Lötens erzielt werden, während ein zufriedenstellendes Sintern aufrechterhalten wird.
Obgleich ein für das Sintern eingesetzter Sinterofen beispielsweise vom kontinuierlichen Typ oder vom Kastentyp sein kann, ist ein kontinuierlicher Ofen besonders bevorzugt, wenn der Ringträgerkörper 33 aus einem eisenbasierten, gesinterten Material wie bei dem obigen ersten Beispiel hergestellt ist. Die Produktivität kann durch Einsatz eines kontinuierlichen Ofens verbessert werden.
Es ist ebenso wünschenswert, dass miteinander zu verlötende Oberflächen in einem bestimmten Ausmaß eine Rauhigkeit besitzen. Wenn der Ringträgerkörper 33 aus einem eisenbasierten, gesinterten Material wie bei dem obigen ersten Beispiel hergestellt ist, besitzen die verbundenen Bereiche des Ringträgerkörpers 33 und des hohlraumbildenden Elements 34 eine Oberflächenrauhigkeit, die bevorzugt im bereich von 0,5 – 100 μm, besonders bevorzugt im Bereich von 1,0 – 20 μm liegt. In diesem Oberflächenrauhigkeitsbereich kann die Verbindungspassung und die Verbindungsfestigkeit verbessert werden. Es ist ebenso effektiv, optional eine Rauhigkeit in den verbundenen Oberflächenbereichen durch Sandstrahlen, etc. zu bilden.
Wie in 6 bis 10 gezeigt, kann das Lötmaterial in irgendeiner von verschiedenen Kombinationen in Abhängigkeit von der Gestalt des Lötmaterials angeordnet werden. Dabei kann die Gestalt des Ringträgerkörpers in Abhängigkeit von der Zusammensetzung und der Gestalt des Lötmaterials verändert werden. In einem in 6 gezeigten vierten Beispiel und einem in 7 gezeigten fünften Beispiel ist eine verjüngte Fläche 51 in einer oberen Fläche (einer axialen Endfläche) des Ringträgerkörpers 33 an seinem inneren Umfangsabschnitt derart gebildet, um sich zur Seite des inneren Umfangs zu neigen, und die äußere Umfangsfläche des hohlraumbildenden Elements 34 ist derart positioniert, um nach oben über die verjüngte Fläche 51 des Ringträgerkörpers 33 hervorzustehen. In dem Lötschritt wird das Lötmaterial 52 beispielsweise in der Form eines Pellets, eines Rings, einer Paste oder eines Drahts in einer zwischen der verjüngten Fläche 51 des Ringträgerkörpers 33 und der äußeren Umfangsfläche des hohlraumbildenden Elements 34 gebildeten Nut angeordnet.
Ferner wird in dem in 7 gezeigten fünften Beispiel eine verjüngte Fläche 53 in der oberen Fläche des Ringträgerkörpers 33 an seinem äußerem Umfangsabschnitt derart gebildet, um sich nach unten zur Seite des äußeren Umfangs zu neigen. In einem in 8 gezeigten sechsten Beispiel ist das Lötmaterial 52 beispielsweise in der Form einer Paste, einer Folie oder eines Pulvers in einen Spalt zwischen der zylindrischen inneren Umfangsfläche des Ringträgerkörpers 33 und der zylindrischen äußeren Umfangsfläche des hohlraumbildenden Elements 34 in dem Lötschritt gegeben. In einem in 9 gezeigten, siebten Beispiel ist ein abgestufter Abschnitt 54 in dem oberen, inneren Umfangsabschnitt des Ringträgerkörpers 33 gebildet. Dann wird in dem Lötschritt das Lötmaterial 52 beispielsweise in der Form eines Pellets, eines Rings, einer Scheibe oder einer Paste in einer zwischen dem abgestuften Abschnitt 54 des Ringträgerkörpers 33 und der äußeren Umfangsfläche des hohlraumbildenden Elements 34 gebildeten Nut angeordnet. Ferner ist in einem in 10 gezeigten, achten Beispiel ein abgestufter Abschnitt 54 in dem oberen, inneren Umfangsabschnitt des Ringträgerkörpers 33 gebildet. Dann wird in dem Lötschritt das Lötmaterial 52 beispielsweise in der Form eines Pellets, eines Rings, einer Paste oder einer Folie derart angeordnet, um einen L-förmigen Abschnitt in einer Nut zu besitzen, die zwischen dem abgestuften Abschnitt 54 des Ringträgerkörpers 33 und der äußeren Umfangsfläche des hohlraumbildenden Elements 34 gebildet ist. Von den obigen Beispielen vier bis acht sind das vierte und das fünfte Beispiel bevorzugt, insbesondere ist das fünfte Beispiel besonders bevorzugt. Bei dem vierten und dem fünften Beispiel wird das geschmolzene Lötmaterial 52 durch die verjüngte Fläche 51 geführt, um sicher in den Spalt zwischen dem Ringträgerkörper 33 und dem hohlraumbildenden Element 34 in dem Lötschritt einzutreten. Als Ergebnis hieraus kann das Löten mit höherer Zuverlässigkeit erzielt werden.
Während in den obigen Beispielen vier bis acht der Ringträgerkörper 33 positioniert wird, um einem zentralen Bereich des hohlraumbildenden Elements 34 in der axialen (vertikalen) Richtung zugewandt zu sein, können der Ringträgerkörper 33 und das hohlraumbildende Element 34 derart positioniert werden, dass ihre unteren Flächen bündig zueinander sind, wie in einem in 11 gezeigten elften Beispiel umgesetzt.
Zusätzlich sind die Gestalt des Ringträgerkörpers, die Gestalt des hohlraumbildenden Elements und/oder die Gestalt des gesamten Kolbenringträgers nicht auf die in den obigen Beispielen gezeigten beschränkt, sondern diese Gestaltungen können verschiedentlich verändert werden. Ebenso sind die Materialien und Herstellungsverfahren des Ringträgerkörpers und des hohlraumbildenden Elements nicht in ihren Details auf die oben beschriebenen beschränkt, sondern können auf verschiedene Arten modifiziert werden. Beispielsweise ist die Anordnung des Lötmaterials nicht auf die obigen Beispiele beschränkt, sondern die Formen des Lötmaterials und des Ringträgerkörpers können aus verschiedenen Kombinationen ausgewählt werden. Es ist wesentlich, dass diese Formen optimal für die Verbindung zwischen dem Ringträgerkörper und dem hohlraumbildenden Element ausgewählt werden.
Gemäß einer Zielrichtung der vorliegenden Erfindung wird bei einem Kolbenringträger mit einem Kühlhohlraum, der in einen Kolbenkörper gegossen wird, ein ringförmiges, hohlraumbildendes Element, das aus einem röhrenförmigen Material hergestellt, seitens des inneren Umfangs des ringförmigen Ringträgerkörpers, der aus einem metallbasierten, gesinterten Material hergestellt ist, angebracht, und ein Kühlhohlraum ist durch einen umschlossenen Raum in dem hohlraumbildenden Element gebildet. Daher kann der Kühlhohlraum näher zu einem Kolbenring positioniert werden, und die Kühlwirkung kann verbessert werden. Da das hohlraumbildende Element durch das röhrenförmige Material gebildet ist, wird auch verhindert, dass das Material des Kolbenkörpers in den Kühlhohlraum in den hohlraumbildenden Element während eines Gießschritts des Kolbenkörpers eindringt, was zu einer höheren Zuverlässigkeit führt. Da ferner der Ringträgerkörper aus einem gesinterten Material hergestellt ist, das in der Lage ist, sich beim Sintern zu kontrahieren, und der Ringträgerkörper und das hohlraumbildende Element miteinander durch Sinterpassung verbunden werden, können das hohlraumbildende Element und der Ringträgerkörper leicht und positiv miteinander verbunden werden. Da darüber hinaus der Ringträgerkörper aus dem metallbasierten, gesinterten Material hergestellt ist, ist es möglich, eine gewünschte Form des Ringträgerkörpers mit hoher Flexibilität zu verwirklichen und beispielsweise ein Material auszuwählen, das im Hinblick auf den Verschleißwiderstand bei hohen Temperaturen überlegen ist und einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten nahe zu demjenigen des Materials des Kolbenkörpers besitzt. Zusätzlich kann die Kompatibilität des Kolbenringträgers mit dem Kolbenkörper in dem Eingießschritt durch Infiltration, etc. verbessert werden.
Gemäß einer bevorzugten Form des obigen Kolbenringträgers mit dem Kühlhohlraum werden, da der Ringträgekörper und das hohlraumbildende Element miteinander durch Löten verbunden werden, der Ringträgerkörper und das hohlraumbildende Element miteinander mit höherer Zuverlässigkeit zusätzlich zu den obigen Vorteilen verbunden.
Gemäß einer weiteren Zielrichtung der vorliegenden Erfindung wird bei einem Kolbenringträger mit einem Kühlhohlraum, der in einen Kolbenkörper eingegossen ist, ein aus einem röhrenförmigen Material hergestelltes, ringförmiges, hohlraumbildendes Element seitens des inneren Umfangs des aus einem metallbasierten, gesinterten Material hergestellt, ringförmige Ringträgerkörper angebracht, und ein Kühlhohlraum ist durch einen umschlossenen Raum in dem hohlraumbildenden Element gebildet. Daher kann der Kühlhohlraum näher zu einem Kolbenring positioniert werden, und die Kühlwirkung kann verbessert werden. Da das hohlraumbildende Element durch das röhrenförmige Material gebildet ist, kann auch verhindert werden, dass das Material des Kolbenkörpers in den Kühlhohlraum in dem hohlraumbildenden Element während eines Gießschritts des Kolbenkörpers eintritt, was zu einer höheren Zuverlässigkeit führt. Da ferner der Ringträgerkörper und das hohlraumbildende Element miteinander durch Löten verbunden werden, können sie beispielsweise gleichzeitig mit dem Sintern verlötet werden. Dementsprechend können der Ringträgerkörper und das hohlraumbildende Element leicht und positiv miteinander verbunden werden. Da darüber hinaus der Ringträgerkörper aus dem metallbasierten, gesinterten Material hergestellt ist, ist es möglich, eine gewünschte Form des Ringträgerkörpers mit hoher Flexibilität zu verwirklichen und beispielsweise ein Material auszuwählen, das im Hinblick auf den Verschleißwiderstand bei hohen Temperaturen überlegen ist und einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten nahe zu demjenigen des Materials des Kolbenkörpers besitzt. Zusätzlich kann die Kompatibilität des Kolbenringträgers mit den Kolbenkörper in dem Eingießschritt durch Infiltration, etc. verbessert werden.
Gemäß einer bevorzugten Form des obigen Kolbenringträgers mit dem Kühlhohlraum wird, da ein Lötmaterial für das Löten ein Kupfer-Nickel-Mangan-basiertes Lötmaterial ist, verhindert, dass das geschmolzene Lötmaterial beispielsweise in das metallbasierte, gesinterte Material eindringt, und es kann ein zufriedenstellendes Löten zusätzlich zu den obigen Vorteilen erzielt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Form des obigen Kolbenringträgers mit dem Kühlhohlraum können, da die verbundenen Bereiche des Ringträgerkörpers und des hohlraumbildenden Elements eine Oberflächenrauhigkeit im Bereich von 0,05 – 100 μm besitzen, die Verbindungspassung und die Verbindungsfestigkeit mit dem Löten zusätzlich zu den obigen Vorteilen verbessert werden. Ein bevorzugter Oberflächenrauhigkeitsbereich der verbundenen Bereiche ist 1 - 20 μm.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Form des obigen Kolbenringträgers mit dem Kühlhohlraum kann, da eine verjüngte Fläche in einem oberen, inneren Umfangsabschnitt des Ringträgerkörpers derart gebildet ist, um sich zur Seite des inneren Umfangs zu neigen, und eine äußere Umfangsfläche des hohlraumbildenden Elements nach oben über die verjüngte Fläche des Ringträgerkörpers hervorsteht, das Löten mit höherer Zuverlässigkeit durch Anordnen des Lötmaterials in einer zwischen der verjüngten Fläche des Ringträgerkörpers und der äußeren Umfangsfläche des hohlraumbildenden Elements beim Löten zusätzlich zu den obigen Vorteilen erzielt werden.
Gemäß noch einer weiteren Zielrichtung der vorliegenden Erfindung umfasst bei einem Verfahren zum Herstellen eines Kolbenringträgers mit einem Kühlhohlraum, der in einen Kolbenkörper eingegossen ist und an welchem ein Kolbenring angebracht wird, das Verfahren die Schritte des Komprimierens eines Rohmaterialpulvers, das ein Metall als Hauptkomponente enthält, um einen pulververdichteten Körper zu bilden, der ein ringförmiger Ringträgerkörper wird, welcher den Kolbenring aufnimmt, der an dem Kolbenringträger angebracht wird; des Anbringens eines ringförmigen, hohlraumbildenden Elements, das aus einem röhrenförmigen Material hergestellt ist, seitens des inneren Umfangs des pulververdichteten Körpers; des Sinterns des pulververdichteten Körpers zusammen mit dem hohlraumbildenden Element; und des Verbindens eines durch Sintern des pulververdichteten Körpers erhaltenen, gesinterten Körpers und des hohlraumbildenden Elements miteinander basierend auf eine Kontraktion des pulververdichteten Körpers, die beim Sintern auftritt, wobei der Kühlhohlraum durch einen umschlossenen Raum in dem hohlraumbildenden Element gebildet wird, aufweist. Daher kann der Kühlhohlraum näher zu dem Kolbenring positioniert werden und die Kühlwirkung kann verbessert werden. Ebenso können der Ringträgerkörper und das hohlraumbildende Element mit dem Kühlhohlraum darin leicht und positiv miteinander verbunden werden. Da das hohlraumbildende Element durch das röhrenförmige Material aufgebaut ist, wird darüber hinaus verhindert, dass das Material des Kolbenkörpers in den Kühlhohlraum in dem hohlraumbildenden Element während des Gießschritts des Kolbenkörpers eindringt, was zu einer höheren Zuverlässigkeit führt. Da darüber hinaus der Ringträgerkörper aus einem metallbasierten, gesinterten Material hergestellt ist, ist es möglich, beispielsweise ein Material auszuwählen, das im Hinblick auf den Verschleißwiderstand bei hohen Temperaturen überlegen ist und einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten nahe zu demjenigen des Materials des Kolbenkörpers besitzt. Zusätzlich kann die Kompatibilität des Kolbenringträgers mit dem Kolbenkörper in dem Eingießschritt durch Infiltration, etc. verbessert werden.
Gemäß einer bevorzugten Form des obigen Verfahrens zum Herstellen eines Kolbenringträgers mit einem Kühlhohlraum kann, da der Ringträgerkörper und das hohlraumbildende Element miteinander während des Sinterschritts verlötet werden, die Verbindung zwischen dem Ringträgerkörper und dem hohlraumbildenden Element positiver ausgeführt werden, während eine Erhöhung der Anzahl an Herstellungsschritten vermieden wird, und zwar zusätzlich zu den obigen Vorteilen.
Gemäß noch einer weiteren Zielrichtung der vorliegenden Erfindung umfasst bei einem Verfahren zum Herstellen eines Kolbenringträgers mit einem Kühlhohlraum, der in einen Kolbenkörper gegossen wird und an welchem ein Kolbenring angebracht wird, das Verfahren die Schritte des Komprimierens eines Rohmaterialpulvers, das ein Metall als Hauptkomponente enthält, um einen pulververdichteten Körper zu bilden, der ein ringförmiger Ringträgerkörper wird, welcher den Kolbenring aufnimmt, der an dem Kolbenringträger angebracht wird; des Anbringens eines ringförmigen hohlraumbildenden Elements, das aus einem röhrenförmigen Material hergestellt ist, seitens des inneren Umfangs des pulververdichteten Körpers; des Sinterns des pulververdichteten Körpers zusammen mit dem hohlraumbildenden Element; und des Verbindens eines durch Sintern des pulververdichteten Körpers erhaltenen, gesinterten Körpers und des hohlraumbildenden Elements miteinander durch Verlöten während des Sinterschritts, wobei der Kühlhohlraum durch einen umschlossenen Raum in dem hohlraumbildenden Element gebildet wird. Daher kann der Kühlhohlraum näher zu dem Kolbenring positioniert werden und die Kühlwirkung kann verbessert werden. Ebenso können der Ringträgerkörper und das hohlraumbildende Element mit dem darin gebildeten Kühlhohlraum leicht und positiv miteinander verbunden werden. Da ferner das hohlraumbildende Element durch das röhrenförmige Material aufgebaut ist, kann verhindert werden, dass das Material des Kolbenkörpers in den Kühlhohlraum in dem hohlraumbildenden Element während des Gießschritts des Kolbenkörpers eindringt, was zu einer höheren Zuverlässigkeit führt. Da darüber hinaus der Kolbenringträger aus einem metallbasierten, gesinterten Material hergestellt ist, ist es möglich, beispielsweise ein Material auszuwählen, das im Hinblick auf den Verschließwiderstand bei hohen Temperaturen überlegen ist und einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten nahe zu demjenigen des Materials des Kolbenkörpers besitzt. Zusätzlich kann die Kompatibilität des Kolbenringträgers mit dem Kolbenkörper in dem Eingießschritt durch Infiltration, etc. verbessert werden.
Gemäß einer bevorzugten Form des obigen Verfahrens zum Herstellen eines Kolbenringträgers mit einem Kühlhohlraum kann, da ein aus einem pulververdichteten Körper gebildetes Lötmaterial als Lötmaterial für das Löten verwendet wird, ein zufriedenstellendes Löten zusätzlich zu den obigen Vorteilen erzielt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Form des obigen Verfahrens zum Herstellen eines Kolbenringträgers mit einem Kühlhohlraum wird, da ein Kupfer-Nickel-Mangan-basiertes Lötmaterial als Lötmaterial für das Löten verwendet wird, verhindert werden, dass das Lötmaterial beispielsweise in das metallbasierte, gesinterte Material eindringt, und es kann ein zufriedenstellendes Löten zusätzlich zu den obigen Vorteilen erzielt werden.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Form des obigen Verfahrens zum Herstellen eines Kolbenringträgers mit einem Kühlhohlraum können, da ein Spalt zwischen den verbundenen Bereichen des Ringträgerkörpers und des hohlraumbildenden Elements, die miteinander verlötet werden, im Bereich von 0,01 – 0,8 mm liegt, die Verbindungspassung und die Verbindungsfestigkeit durch das Löten zusätzlich zu den obigen Vorteilen verbessert werden. Ein bevorzugter Spaltbereich zwischen den verbundenen Bereichen liegt bei 0,05 – 0,15 mm.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Form des obigen Verfahrens zum Herstellen eines Kolbenringträgers mit einem Kühlhohlraum kann, da die Sintertemperatur im Bereich von 1130 – 1150°C liegt, eine zufriedenstellende Verbindung durch das Löten erzielt werden, während ein zufriedenstellendes Sintern aufrechterhalten wird, und zwar zusätzlich zu den obigen Vorteilen.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Form des obigen Verfahrens zum Herstellen eines Kolbenringträgers mit einem Kühlhohlraum kann, da die Sinteratmosphäre eine stickstoffbasierte Atmosphäre ist, eine zufriedenstellende Verbindung durch das Löten erzielt werden, während ein zufriedenstellendes Sintern aufrechterhalten wird, und zwar zusätzlich zu den obigen Vorteilen.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Form des obigen Verfahrens zum Herstellen eines Kolbenringträgers mit einem Kühlhohlraum kann, da der für das Sintern verwendete Sinterofen ein kontinuierlicher Ofen ist, die Produktivität zusätzlich zu den obigen Vorteilen verbessert werden.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Form des obigen Verfahrens zum Herstellen eines Kolbenringträgers mit einem Kühlhohlraum können, da die verbundenen Bereiche des Ringträgerkörpers und des hohlraumbildenden Elements eine Oberflächenrauhigkeit im Bereich von 0,5 – 100 μm besitzen, die Verbindungspassung und die Verbindungsfestigkeit durch das Löten zusätzlich zu den obigen Vorteilen verbessert werden. Ein bevorzugter Oberflächenrauhigkeitsbereich der verbundenen Bereiche liegt 1,0 – 20 μm.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Form des obigen Verfahrens zum Herstellen eines Kolbenringträgers mit einem Kühlhohlraum kann, da eine verjüngte Fläche in einem oberen, inneren Umfangsabschnitt des Ringträgerkörpers derart gebildet ist, um sich zur Seite des inneren Umfangs zu neigen, und ein Lötmaterial zwischen der verjüngten Fläche und einer äußeren Umfangsfläche des hohlraumbildenden Elements in dem Lötschritt angeordnet wird, das Löten mit höherer Zuverlässigkeit durch Anordnen des Lötmaterials in einer Nut, die zwischen der verjüngten Fläche des Ringträgerkörpers und der äußeren Umfangsfläche des hohlraumbildenden Elements gebildet ist, zusätzlich zu den obigen Vorteilen erzielt werden.

Claims

Kolbenringträger (31) mit einem Kühlhohlraum (32) zum Gießen in einen Kolbenkörper (11) und zum Aufnehmen eines Kolbenringes (19, 20), dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenringträger einen ringförmigen Ringträgerkörper (33) aus einem metallbasierten, gesinterten Material zum Aufnehmen des Kolbenringes (19, 20); und ein ringförmiges, hohlraumbildendes Element (34) aus röhrenförmigem Material, das mit dem inneren Umfang des Ringträgerkörpers verbunden ist, aufweist, wobei der Ringträgerkörper aus einem Material ist, das bei einem Sintern kontrahierbar ist, um den Ringträgerkörper und das hohlraumbildende Element durch eine Sinterpassverbindung zu verbinden, wobei der Kühlhohlraum durch den umschlossenen Raum in dem hohlraumbildenden Element vorgesehen ist, wobei eine innere Umfangsfläche des Kolbenringträgers (31) und eine äußere Umfangsfläche des hohlraumbildenden Elements (34) in der Form einer zylindrischen Fläche sind, und die innere Umfangsfläche des Kolbenringträgers (31) und die äußere Umfangsfläche des hohlraumbildenden Elements (34) sind ohne Spalt dazwischen verbunden.
Kolbenringträger mit einem Kühlhohlraum nach Anspruch 1, bei welchem der Ringträgerkörper und das hohlraumbildende Element miteinander durch Löten verbindbar sind.
Kolbenringträger (31) mit einem Kühlhohlraum (32) zum Gießen in einen Kolbenkörper und mit welchem ein Kolbenring (19, 20) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenringträger einen ringförmigen Ringträgerkörper (33) aus einem metallbasierten, gesinterten Material zum Aufnehmen des Kolbenrings (19, 20) und ein ringförmiges, hohlraumbildendes Element (34) aus einem röhrenförmigen Material, das mit dem inneren Umfang des Ringträgerkörpers verbunden ist, aufweist, wobei eine Lötverbindung zwischen dem Ringträgerkörper und dem hohlraumbildenden Element vorgesehen ist, und wobei der Kühlhohlraum ein umschlossener Raum in dem hohlraumbildenden Element ist, wobei eine innere Umfangsfläche des Kolbenringträgers (31) und eine äußere Umfangsfläche des hohlraumbildenden Elements (34) in der Form einer zylindrischen Fläche sind, und die innere Umfangsfläche des Kolbenringträgers (31) und die äußere Umfangsfläche des hohlraumbildenden Elements (34) sind ohne Spalt dazwischen verbunden.
Kolbenringträger mit einem Kühlhohlraum nach Anspruch 3, bei welchem ein Lötmaterial für das Löten ein Kupfer-Nickel-Mangan-basiertes Lötmaterial ist.
Kolbenringträger mit einem Kühlhohlraum nach Anspruch 3, bei welchem die verbindbaren Bereiche des Ringträgerkörpers und des hohlraumbildenden Elements eine Oberflächenrauhigkeit im Bereich von 0,5 – 100 μm besitzen.
Kolbenringträger mit einem Kühlhohlraum nach Anspruch 3, bei welchem eine verjüngte Fläche (51) in einem oberen, inneren Umfangsabschnitt des Ringträgerkörpers derart vorgesehen ist, um sich zu der Seite des inneren Umfangs hin zu neigen, und eine äußere Umfangsfläche des hohlraumbildenden Elements steht nach oben über die verjüngte Fläche des Ringträgerkörpers hervor.
Verfahren zum Herstellen eines Kolbenringträgers (31) mit einem Kühlhohlraum (32), der in einen Kolbenkörper (11) gegossen ist und an welchem ein Kolbenring (19, 20, 21) angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Schritte aufweist: Komprimieren eines Rohmaterialpulvers, das ein Metall als Hauptkomponente enthält, um einen pulververdichteten Körper zu bilden, der ein ringförmiger Ringträgerkörper (33) wird, welcher den Kolbenring (19, 20) aufnimmt, welcher an dem Kolbenringträger angebracht wird; Anbringen eines ringförmigen, hohlraumbildenden Elements (34), das aus einem röhrenförmigen Material hergestellt ist, seitens des inneren Umfangs des pulververdichteten Körpers; Sintern des pulververdichteten Körpers zusammen mit dem hohlraumbildenden Element; und Verbinden eines durch Sintern des pulververdichteten Körpers erhaltenen, gesinterten Körpers und des hohlraumbildenden Elements miteinander basierend auf einer Kontraktion des pulververdichteten Körpers, die beim Sintern auftritt, wobei der Kühlhohlraum durch einen umschlossenen Raum in dem hohlraumbildenden Element gebildet wird.
Verfahren zum Herstellen eines Kolbenringträgers mit einem Kühlhohlraum nach Anspruch 7, bei welchem der Ringträgerkörper und das hohlraumbildende Element miteinander während des Sinterschritts verlötet werden.
Verfahren zum Herstellen eines Kolbenringträgers (31) mit einem Kühlhohlraum (32), der in einen Kolbenkörper (11) gegossen ist und an welchem ein Kolbenring (19, 20, 21) angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Schritte aufweist: Komprimieren eines Rohmaterialpulvers, das ein Metall als Hauptkomponente enthält, um einen pulververdichteten Körper zu bilden, der ein ringförmiger Ringträgerkörper (33) wird, welcher den Kolbenring (19, 20) aufnimmt, der an dem Kolbenringträger angebracht wird; Anbringen eines ringförmigen hohlraumbildenden Elements (34), das aus einem röhrenförmigen Material hergestellt ist, seitens des inneren Umfangs des pulververdichteten Körpers; und Sintern des pulververdichteten Körpers zusammen mit dem hohlraumbildenden Element; und Verbinden eines durch Sintern des pulververdichteten Körpers erhaltenen, gesinterten Körpers und des hohlraumbildenden Elements miteinander durch Verlöten während des Sinterschritts, wobei der Kühlhohlraum durch einen umschlossenen Raum in dem hohlraumbildenden Element gebildet wird.
Verfahren zum Herstellen eines Kolbenringträgers mit einem Kühlhohlraum nach Anspruch 9, bei welchem ein aus einem pulververdichteten Körper gebildetes Lötmaterial als Lötmaterial für das Löten verwendet wird.