DE69202873T2 - Kolben. - Google Patents

Kolben.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Kolben mit einer in diese eingegossenen Kolbenringnutverstärkung und auf ein Verfahren zum Anfertigen solcher Verstärkungen vor deren Einbau in Kolben.
  • Kolben mit einem Verstärkungsteil in der obersten Kolbenringnutlage sind wohlbekannt. Solche Teile werden eingesetzt, um den gegenseitigen Verschleiß zwischen der Kolbenringnut und dem mit dieser zusammenwirkenden Kolbenring zu verringern. Was Kolben aus einer Aluminiumlegierung betrifft, wird das Verstärkungsteil häufig aus einem Gußeisen, wie zum Beispiel Ni-Resist (Handelsmarke), hergestellt, um den Unterschied des linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Kolbenmaterial und dem Material des Verstärkungsteils zu minimieren. Bei der Kolbenherstellung wird das Verstärkungsteil üblicherweise in einer Druckgußmatrize positioniert und Aluminiumlegierungsschmelze um das Teil herumgegossen. Falls der Kolben unter Schwerkraft oder unter Druck gegossen wird, wird das Teil häufig mit dem weithin bekannten Al-Fin- (Handelsmarke) Verfahren vorbehandelt, bei dem es in einem Bad aus Aluminiumschmelze vorgewärmt wird, um eine benetzte Schicht zu erzeugen, die intermetallische Aluminium-Eisen- Verbindungen an der Zwischenfläche aufweist. Ein Problem dabei liegt darin, daß die zwischen dem Kolbenmaterial und dem Verstärkungsteil gebildete Bindung sehr spröde ist und im Betrieb Schäden der Bindung bei schnellaufenden Dieselmotoren zum Beispiel nicht ungewöhnlich sind.
  • Eine Verbesserung gegenüber der Al-Fin-Technik ist in der GB-A-2 221 176 beschrieben, wobei das Verstärkungsteil zuerst mit einer Schicht, zum Beispiel einem Pulver aus rostfreiem Stahl, durch einen physikalischen Bedampfungs- bzw. PVD- Vorgang, wie zum Beispiel Plasmaspritzen, beschichtet wird. Die beschriebene Technik schließt das Beschichten wenigstens der Flächen des Teils ein, die sich im Körper des gegossenen Kolbens befinden. Die angewandte Gießtechnik ist Druckgießen, wie zum Beispiel Preßgießen (squeeze casting). Ein Problem bei diesem Verfahren liegt darin, daß jedes einzelne Verstärkungsteil auf wenigstens drei Flächen, im Querschnitt gesehen, bespritzt werden muß, nämlich auf oberen und unteren, axial mit Abstand voneinander angeordneten, radial ausgerichteten Flächen und auf einer radial ausgerichteten Flächen miteinander verbindet. Diese Technik erfordert entweder ein Hantieren mit dem Verstärkungsteil oder der Plasmaspritzausrüstung und verbraucht Zeit und Material und ist daher relativ kostspielig.
  • Jedoch ergibt das beschriebene Verfahren eine Erhöhung der Bindungsfestigkeit von bis zu 100% gegenüber der älteren Al-Fin-Technik und eine daraus folgende Erhöhung der Haltbarkeit der Bindung im Betrieb. Wir haben nun herausgefunden, daß nicht notwendigerweise bei jeder Anwendung jede sich im Kolbenkörper befindende Fläche des Verstärkungsteils beschichtet werden muß. Wir haben festgestellt, daß es gegebenenfalls nur notwendig ist, die im wesentlichen axial ausgerichtete Fläche zu beschichten, um eine deutliche Verbesserung in der Betriebslebensdauer der Bindung zwischen dem Teil und dem Kolbenkörper gegenüber der Betriebslebensdauer bei der vorbekannten Al-Fin-Technik zu gewährleisten.
  • In der früheren, nach Artikel 54(3) EPÜ zitierten Anmeldung EP-A-0 415 475 ist als eine Alternative sowohl zum in der GB-A-2 221 176 beschriebenen Bindeverfahren als auch zum Vorsehen der Al-Fin-Bindung beschrieben, auf wenigstens jedem im wesentlichen radial verlaufenden, entfernt von der Nut liegenden Flächenabschnitt eines Kolbenringnut-Verstärkungsteils einen anfänglich porösen Körper vorzusehen, der mit dem Verstärkungsteil verbunden ist. Danach wird jeder poröse Körper mit der Legierungsschmelze für den Kolbenkörper infiltriert, um eine Bindung zwischen dem anfänglich porösen Körper und dem benachbarten nicht-verstärkten Teil des gegossenen Kolbenkörpers auszubilden. Es ist auch beschrieben, daß zusätzlich der im wesentlichen axial verlaufende Flächenabschnitt eines vollständigen Verstärkungsteils oder eines Teils davon mit einem aus Partikeln bestehenden Material beschichtet wird, wie in der GB-A-2 221 176 beschrieben, wobei die Mikroporosität dieser Beschichtung anschließend durch die Materialschmelze für den Kolben infiltriert wird.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Kolben mit wenigstens einem Kolbenringnut-Verstärkungsteil in ihm vorgesehen, das eine ringförmige Gestalt und im Querschnitt einen oberen und einen unteren, jeweils im wesentlichen radial verlaufenden Flächenabschnitt und zwischen den zwei im wesentlichen radial verlaufenden Flächenabschnitten sowohl einen radial innenliegenden, im wesentlichen axial verlaufenden Flächenabschnitt wie auch wenigstens eine Nut im Verstärkungsteil aufweist, wobei nur der im wesentlichen axial verlaufende Flächenabschnitt des Verstärkungsteils anfänglich mit aus Partikeln bestehendem Material durch eine PVD-Technik beschichtet ist, um eine poröse, die Haftung unterstützende Schicht auszubilden, und wobei anschließend die Kolbenkörper-Legierung ohne das Vorsehen eines porösen Körpers, der mit einem der zwei im wesentlichen radial verlaufenden Flächenabschnitte (14,16) verbunden ist, um die zwei im wesentlichen radial verlaufenden Flächenabschnitte und den im wesentlichen axial verlaufenden Flächenabschnitt des Verstärkungsteils herum gegossen wird und die poröse Schicht infiltriert.
  • Zur Begriffsbestimmung: Der Ausdruch "im wesentlichen axial verlaufender Flächenabschnitt" ist auf die Kolbenachse bezogen definiert, und der Flächenabschnitt kann zum Beispiel eben oder gekrümmt sein oder zwei oder mehr Teilflächen aufweisen und den Bereich in der Nähe der Verbindung mit den zwei im wesentlichen radial ausgerichteten Flächenabschnitten enthalten. Das Verstärkungsteil kann zum Beispiel im Querschnitt gerundet sein und braucht keine klar festgelegten Grenzen zu den Flächenabschnitten aufweisen. ln diesem Fall können die Flächenabschnitte Bogen des gerundeten Querschnittsrandes umfassen ohne eine klar festgelegte Grenze dazwischen.
  • Das Verstärkungsteil kann einen gerundeten Querschnitt und eine solche Form aufweisen, daß es zwei Kolbenringnuten mit einem einzigen Teil verstärkt.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbens mit wenigstens einem Kolbenringnut-Verstärkungsteil zur Verfügung gestellt, das einen oberen und einen unteren, jeweils im wesentlichen radial verlaufenden Flächenabschnitt und zwischen den zwei im wesentlichen radial verlaufenden Flächenabschnitten sowohl einen zum Kolbenaußendurchmesser radial innenliegenden, im wesentlichen axial verlaufenden Flächenabschnitt und wenigstens eine Nut im Verstärkungsteil aufweist, wobei das Verfahren die Schritte des Beschichtens nur des im wesentlichen axial verlaufenden Flächenabschnitts des Verstärkungsteils mit aus Partikeln bestehendem Material durch eine PVD-Technik, um eine poröse, die Haftung unterstützende Schicht auszubilden, ferner des Vorwärmens des beschichteten Verstärkungsteils, des Anordnens des Verstärkungsteils in einer Kolbengußform, des Gießens von Legierungsschmelze für den Kolbenkörper, ohne das Vorsehen eines porösen Körpers, der mit einem der zwei im wesentlichen radial verlaufenden Flächenabschnitte (14,16) verbunden ist, um die zwei im wesentlichen radial verlaufenden Flächenabschnitte und den im wesentlichen axial verlaufenden Flächenabschnitt des Verstärkungsteils herum, und des Verfestigenlassens der Legierungsschmelze unter einem aufgebrachten Druck umfaßt, wodurch die Legierung die poröse Schicht infiltriert.
  • Die Dicke der die Haftung unterstützenden Schicht kann vorzugsweise im Bereich von 0,025 mm bis 0,3 mm und besonders bevorzugt im Bereich von 0,05 mmm bis 0,15 mm liegen, wird aber nicht als besonders entscheidend angesehen. Bei größeren Dicken steigen die Ablagerungskosten unnötigerweise ohne Gewinn an Bindungsfestigkeit und bei kleineren Dicken kann die vollständige mögliche Bindungsfestigkeit nicht ausgebildet werden.
  • Der obere und der untere, jeweils im wesentlichen radial verlaufende Flächenabschnitt können an das Gußteil des Kolbenkörpers dadurch gebunden werden, daß sie, nach der Ausbildung der Beschichtung mit aus Partikeln bestehendem Material, mit einer benetzten Schicht versehen werden, die eine intermetallische Aluminium-Eisen- Verbindung an der Zwischenfläche zu ihnen enthält. In diesen Fällen werden die zwei im wesentlichen radial verlaufenden Flächenabschnitte tatsächlich durch die Al-Fin- Technik behandelt. So wird, bevor das beschichtete Verstärkungsteil in die Kolbengußform gesetzt wird, das Verstärkungsteil in ein Bad aus Aluminiumschmelze eingetaucht, um den oberen und den unteren, jeweils im wesentlichen radial verlaufenden Flächenabschnitt zu benetzen. Das beschichtete Verstärkungsteil kann vor dem Einsetzen in die Kolbengußform dadurch vorgewärmt werden, daß es in das Bad aus Aluminiumschmelze für eine Zeit eingetaucht wird, die ausreicht, um das Verstärkungsteil auf die Temperatur des Bades zu bringen.
  • Wir haben herausgefunden, daß die Al-Fin-Bindung in den meisten Fällen für Druck- und für Zugbelastung ausreicht, aber für Schubbelastung zu gering ist. Deshalb können die radial ausgerichteten Flächen nach Al-Fin befestigt werden, aber die axial ausgerichtete Fläche erfordert eine verbesserte Anbindungstechnik des in der GB-A-2 221 176 beschriebenen Typs. Es hat sich herausgestellt, daß eine Rißauslösung in der Bindung üblicherweise an der axial gerichteten Fläche auftritt und sich zu den radial ausgerichteten Flächen ausbreiten kann.
  • Das aus Partikeln bestehende Material kann oxidations- und/oder korrosionsbeständig sein, beispielsweise rostfreier Stahl, zum Beispiel vom Typ 316L. Die Korrosionsbeständigkeit kann erforderlich sein, falls ein Vorwärmen in einem Aluminiumschmelzbad verwendet wird.
  • Die die Haftung unterstützende Schicht kann aus einem porösen eisenhaltigen Material bestehen, wobei zum Beispiel die Porosität vom Ablagerungsverfahren herrührt.
  • Die Verfahren der physikalischen Aufdampfung der Beschichtung können zum Beispiel Schmelzen im Lichtbogen, Plasmaspritzen oder Flammspritzen einschließen.
  • Bevorzugt werden zwei oder mehr Verstärkungsteile, die im wesentlichen die Form von Ringen mit kreisförmigem Querschnitt aufweisen, in einem axial ausgerichteten Stapel zusammengehalten und in einer solchen Zusammenstellung auf ihren radial innenliegenden, im wesentlichen axial ausgerichteten Flächenabschnitten beschichtet. Die Beschichtung der im wesentlichen axial ausgerichteten Fläche kann durch gegenseitiges axiales Verschieben einer Plasmaspritzpistole zum Beispiel und der Ringe bewirkt werden, während der Stapel und die Plasmapistole gegeneinander gedreht werden. Da ein Stapel von Verstärkungsteilen gleichzeitig beschichtet werden kann, werden die Kosten und Nachteile des Beschichtungsschritts in hohem Maße reduziert, wodurch die Kosten der Kolbenherstellung geringer werden.
  • Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung werden nun nur zur Erläuterung Beispiele mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
  • Figur 1 einen Querschnitt durch ein Verstärkungsteil;
  • Figur 2 eine schematische Perspektivansicht eines Stapels von Verstärkungsteilen, die beschichtet werden;
  • Figur 3 einen Querschnitt durch einen Teil des Stapels aus Figur 2;
  • Figur 4 einen Axialschnitt in zwei senkrecht zueinander stehenden Ebenen eines Kolbens mit einem Verstärkungsteil;
  • die Figuren 5 und 6 schematische Querschnitte durch eine Preßgußform;
  • Figur 7 einen Querschnitt eines Teils eines Kolbens mit einem alternativen Verstärkungsteil;
  • Figur 8 einen der Figur 7 ähnlichen Querschnitt mit einem weiteren alternativen Verstärkungsteil;
  • Figur 9 einen der Figur 3 ähnlichen Querschnitt einer alternativen Stapelanordnung.
  • Es wird nun auf die Figuren 1 bis 6 der Zeichnungen Bezug genommen, in denen dieselben Merkmale, hier und in nachfolgenden Figuren, gemeinsame Bezugszeichen aufweisen.
  • Figur 1 zeigt ein Verstärkungsteil 12, das üblicherweise als "Ringträger" bekannt ist. Der Ringträger ist in diesem Fall aus einem austenitischen Gußeisen, wie zum Beispiel Ni-Resist (Handelsmarke), hergestellt und im wesentlichen in der Lage des obersten Rings, wie in den Kolbenquerschnitten der Figur 4 dargestellt, angeordnet. Der Ringträger 12 ist von kreisförmiger Gestalt und weist einen oberen, im wesentlichen radial ausgerichteten Flächenabschnitt 14, einen unteren, im wesentlichen radial ausgerichteten Flächenabschnitt 16, einen radial innenliegenden und im wesentlichen axial ausgerichteten Flächenabschnitt 18 sowie eine radial außenliegende, axial ausgerichtete Fläche 20 auf, in der eine oder mehrere Kolbenringnuten 22 üblicherweise nachträglich ausgebildet sind. Nachstehend wird der Ausdruck "Flächenabschnitt" durch "Fläche" abgekürzt werden. Die im wesentlichen axial ausgerichtete Fläche 18 wird mit einer die Haftung unterstützenden Schicht 24 beschichtet, wobei sich "Haftung unterstützend" auf die Unterstützung der Haftung des Ringträgers an dem nachträglich gegossenen Kolbenmaterial bezieht. ln diesem Fall kann die Schicht ein Pulver aus rostfreiem Stahl des Typs 316L sein, das durch Plasmaspritzen in einer Dicke von 0,1 mm abgelagert ist. Die Oberfläche 18 kann in herkömmlicher Weise für die Plasmaablagerung vorbereitet sein, wobei ein Verfahren die Schritte des Entfettens, gefolgt von Sandstrahlen enthält, um ein sauberes, mattes Aussehen auf der Oberfläche zu erzeugen.
  • Zur Beschichtung einer Mehrzahl von Ringträgern, wie in Figur 2 dargestellt, wird eine Plasmaspritzpistole 26 entlang einem Stapel 27 von Ringträgern in der axialen Richtung, wie durch den Pfeil 28 angezeigt, auf- und abwärts verschoben, während der Stapel durch (nicht dargestellte) Antriebsmittel in der Richtung des Pfeils 30 gedreht wird. Die Anzahl der Verschübe der Pistole 26 hängt von der Dicke der Schicht 24 ab, die auf den Ringflächen 18 erzeugt werden soll. Die Ringträger 12 können aufgrund der Zerbrechlichkeit der relativ dünnen Schicht 24 an den Verbindungstellen 32 (siehe Figur 3) zwischen den Ringträgern leicht voneinander getrennt werden.
  • Sodann wird der Ringträger vorgewärmt und in dem Matrizenabschnitt 40 der in den Figuren 5 und 6 dargestellten Kolbengußform angeordnet. Legierungsschmelze für den Kolbenkörper wird in die Form gegossen, die mit einem Stempelteil 44 geschlossen wird, um ein preßgegossenes Kolbenrohteil 46 zu erzeugen. In diesem Schritt wird bewirkt, daß die Legierungsschmelze für den Kolbenkörper die poröse Schicht 24 infiltriert.
  • Bevor der Ringträger in den Matrizenabschnitt 40 der Form gesetzt wird, kann der beschichtete Ringträger in ein (nicht dargestelltes) Bad aus Aluminiumschmelze eingetaucht werden, um die Flächen 14 und 16 zu benetzen und so eine intermetallische Aluminium-Eisen-Verbindung an der Zwischenfläche mit ihr auszubilden. Nachdem der Ringträger in den Rest des Kolbenkörpers eingegossen ist, werden die Flächen 14 und 16 bei 48 (in Figur 7 gezeigt) an den Rest des Kolbenkörpers durch die auf ihnen vorhandene intermetallische Aluminium-Eisen- Verbindung an der Zwischenfläche angebunden. Der Ringträger kann durch die Zeit vorgewärmt werden, die er in das Bad eingetaucht ist und die so gewählt ist, daß der Ringträger auf die Temperatur des Bads gebracht wird. Sodann wird der noch heiße Ringträger in den Matrizenabschnitt 40 der Kolbengußform eingesetzt.
  • Figur 7 zeigt auch einen alternativen Kolbenringträger, bei dem die Abmessungen eine ausreichende Größe zur Ausbildung von zwei Kolbenringnuten 22 in der Fläche 20 aufweisen. Zur Reduzierung von Spannungskonzentration und daraus folgender Rißauslösung ist es wünschenswert, gerundete Kanten 50 an den Verbindungen der Flächen 14, 16 und 18 und wie in anderen Figuren dargestellt vorzusehen. Daher ist, wenn festgelegt ist, daß nur die im wesentlichen axial verlaufende Fläche 18 mit einer die Haftung unterstützenden Schicht 24 beschichtet wird, einbegriffen, daß dieser Ausdruck auch jeden Radius an den Verbindungen zwischen Flächen einschließt. Dieser Grundsatz wird in Figur 8 weiter beispielhaft illustriert, in der die Querschnittsform des Ringträgerteils gerundet ist und keine klar umrissene Verbindungsstelle oder Grenze zwischen radial und axial gerichteten Flächen vorhanden ist. Das Hauptkriterium zur Definition, was eine "im wesentlichen axial gerichtete Fläche" ist, ist daher der Bereich, der durch eine Beschichtungstechnik beschichtet werden kann, die in der radialen Richtung Ablagerungen aufbringt.
  • Figur 9 zeigt einen Teil einer alternativen Stapelanordnung, bei der die Ringträger 12 durch Abstandshalter 60 voneinander getrennt sind, um ein leichteres Trennen der Ringe durch Beseitigen der dicht benachbarten Verbindungsstellen 32 (siehe Figur 3) zu gestatten.

Claims (21)

1. Kolben mit wenigstens einem Kolbenringnut-Verstärkungsteil (12), das eine ringförmige Gestalt und im Querschnitt einen oberen und einen unteren, jeweils im wesentlichen radial verlaufenden Flächenabschnitt (14,16) und zwischen den zwei im wesentlichen radial verlaufenden Flächenabschnitten sowohl einen radial innenliegenden, im wesentlichen axial verlaufenden Flächenabschnitt (18) sowie wenigstens eine Nut (22) in dem Verstärkungsteil aufweist, wobei nur der im wesentlichen axial verlaufende Flächenabschnitt (18) des Verstärkungsteils anfänglich mit aus Partikeln bestehendem Material durch eine physikalische Bedampfungs- bzw. PVD-Technik beschichtet ist, um eine poröse, die Haftung unterstützende Schicht (24) auszubilden, und wobei anschließend eine Kolbenkörper-Legierung (42), ohne das Vorsehen eines porösen Körpers, der mit einem der zwei im wesentlichen radial verlaufenden Flächenabschnitte (14,16) verbunden ist, um die zwei im wesentlichen radial verlaufenden Flächenabschnitte und den im wesentlichen axial verlaufenden Flächenabschnitt des Verstärkungsteils herum gegossen wird und die poröse Schicht infiltriert.
2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der die Haftung unterstützenden Schicht im Bereich von 0,025 bis 0,3 mm liegt.
3. Kolben nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der die Haftung unterstützenden Schicht im Bereich von 0,05 bis 0,15 mm liegt.
4. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der obere und der untere, jeweils im wesentlichen radial verlaufende Flächenabschnitt dadurch an das Gußteil des Kolbenkörpers gebunden sind, daß sie, nach der Ausbildung der Beschichtung mit aus Partikeln bestehendem Material, mit einer benetzten Schicht (-) versehen werden, die eine intermetallische Aluminium-Eisen- Verbindung an der Zwischenfläche zum Gußteil enthält.
5. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das aus Partikeln bestehende Material oxidationsbeständig ist.
6. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das aus Partikeln bestehende Material korrosionsbeständig ist.
7. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die Haftung unterstützende Schicht eine poröse Schicht aus eisenhaltigem Material ist.
8. Kolben nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse eisenhaltige Schicht aus rostfreiem Stahl besteht.
9. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungsteil einen gerundeten Querschnitt aufweist.
10. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungsteil zwei Kolbenringnuten aufweist.
11. Verfahren zur Herstellung eines Kolbens mit wenigstens einem Kolbenringnut- Verstärkungsteil (12), das einen oberen und einen unteren, jeweils im wesentlichen radial verlaufenden Flächenabschnitt (14,16) und zwischen den zwei im wesentlichen radial verlaufenden Flächenabschnitten sowohl einen zum Kolbenaußendurchmesser radial innenliegenden, im wesentlichen axial verlaufenden Flächenabschnitt (18) sowie wenigstens eine Nut (22) im Verstärkungsteil aufweist, wobei das Verfahren die Schritte des Beschichtens nur des im wesentlichen axial verlaufenden Flächenabschnitts (18) des Verstärkungsteils mit aus Partikeln bestehendem Material durch eine physikalische Bedampfungs- bzw. PVD-Technik, um eine poröse, die Haftung unterstützende Schicht (24) auszubilden, ferner des Vorwärmens des beschichteten Verstärkungsteils, des Anordnens des Verstärkungsteils in einer Kolbengußform, des Gießens von Legierungsschmelze (42) für den Kolbenkörper, ohne das Vorsehen eines porösen Körpers, der mit einem der zwei im wesentlichen radial verlaufenden Flächenabschnitte (14,16) verbunden ist, um die zwei im wesentlichen radial verlaufenden Flächenabschnitte und den im wesentlichen axial verlaufenden Flächenabschnitt des Verstärkungsteils herum, und des Verfestigenlassens der Legierungsschmelze unter einem aufgebrachten Druck umfaßt, wodurch die Legierung die poröse Schicht infiltriert.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der die Haftung unterstützenden Schicht im Bereich von 0,025 bis 0,3 mm liegt.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der die Haftung unterstützenden Schicht im Bereich von 0,05 bis 0,15 mm liegt.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß, bevor das beschichtete Verstärkungsteil in die Kolbengußform gesetzt wird, das Verstärkungsteil in ein Bad aus Aluminiumschmelze eingetaucht wird, um den oberen und den unteren, im wesentlichen radial verlaufenden Flächenabschnitt zu benetzen und so eine intermetallische Aluminium-Eisen- Verbindung an der Zwischenfläche zu ihr auszubilden.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das beschichtete Verstärkungsteil vor dem Einsetzen in die Kolbengußform dadurch vorgewärmt wird, daß es in das Bad aus Aluminiumschmelze für eine Zeit eingetaucht wird, die ausreicht, um das Verstärkungsteil auf die Temperatur des Bades zu bringen.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das aus Partikeln bestehende Material oxidationsbeständig ist.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das aus Partikeln bestehende Material korrosionsbeständig ist.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die die Haftung unterstützende Schicht aus einem porösen eisenhaltigen Material besteht.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das poröse eisenhaltige Material aus einem rostfreien Stahl besteht.
20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die PVD-Technik Plasmaspritzen oder Flammspritzen oder Schmelzen im Lichtbogen ist.
21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von ringförmigen Verstärkungsteilen (12) in einem axial ausgerichteten Stapel (27) zusammengehalten werden und in solch einer zusammenstellung auf ihren radial innenliegenden, im wesentlichen axial verlaufenden Flächenabschnitten beschichtet werden.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008054718B4 (de) * 2008-12-16 2012-11-22 Federal-Mogul Nürnberg GmbH Gießform für den Schwerkraftguss und Schwerkraftgießverfahren
EP1922479B1 (de) 2005-09-08 2016-07-13 KS Kolbenschmidt GmbH Kolben für eine brennkraftmaschine

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07293325A (ja) * 1994-04-20 1995-11-07 Aisin Seiki Co Ltd 内燃機関のピストン
JP3547098B2 (ja) * 1994-06-06 2004-07-28 トヨタ自動車株式会社 溶射方法、溶射層を摺動面とする摺動部材の製造方法、ピストンおよびピストンの製造方法
DE19501416A1 (de) * 1995-01-19 1996-07-25 Kolbenschmidt Ag Geschmiedeter oder gegossener Kolbenkopf eines mehrteiligen Kolbens
JP3349020B2 (ja) * 1995-08-14 2002-11-20 日野自動車株式会社 薄板リング成形体の製造方法及び装置
JP2001090654A (ja) * 1999-09-21 2001-04-03 Toyota Autom Loom Works Ltd 斜板式圧縮機用ピストンの本体部材製造方法
DE10045174B4 (de) * 2000-09-13 2004-03-11 Federal-Mogul Nürnberg GmbH Verfahren zur Herstellung eines Kolbens
GB0031187D0 (en) * 2000-12-21 2001-01-31 Deeke Georg W An internal combustion engine
US6675761B2 (en) * 2002-01-30 2004-01-13 Caterpillar Inc Ring band for a piston
JP5337142B2 (ja) * 2010-12-28 2013-11-06 日立オートモティブシステムズ株式会社 内燃機関のピストンと該ピストンの製造法及び摺動部材
WO2013139402A1 (de) * 2012-03-23 2013-09-26 Sulzer Metco Ag Thermisches beschichten eines bauteilstapels sowie bauteilstapel
CA2821094C (en) * 2012-09-19 2020-10-27 Sulzer Metco Ag Thermal coating of a component stack and of component stacks
CN103821629A (zh) * 2013-11-25 2014-05-28 马勒技术投资(中国）有限公司 一种适应高爆压的汽油机活塞
GB2521004B (en) * 2013-12-06 2020-03-25 Mahle Int Gmbh Bearing element and method for manufacturing a bearing element
US20230279555A1 (en) * 2022-03-02 2023-09-07 Halliburton Energy Services, Inc. High-Pressure, Low-Temperature Coating For Hydrogen Service Environments

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2550879A (en) * 1949-11-10 1951-05-01 Fairchild Engine & Airplane Bimetallic piston
US2905512A (en) * 1958-04-24 1959-09-22 Ramsey Corp Coated piston ring
DE1224104B (de) * 1964-03-11 1966-09-01 Mahle Kg Nach dem Warmfliesspressverfahren hergestellter Kolben
US3539192A (en) * 1968-01-09 1970-11-10 Ramsey Corp Plasma-coated piston rings
GB8818214D0 (en) * 1988-07-30 1988-09-01 T & N Technology Ltd Pistons
GB8919466D0 (en) * 1989-08-26 1989-10-11 Wellworthy Ltd Pistons

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1922479B1 (de) 2005-09-08 2016-07-13 KS Kolbenschmidt GmbH Kolben für eine brennkraftmaschine
DE102008054718B4 (de) * 2008-12-16 2012-11-22 Federal-Mogul Nürnberg GmbH Gießform für den Schwerkraftguss und Schwerkraftgießverfahren

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Publication number Publication date
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JPH04330353A (ja) 1992-11-18
GB2252391B (en) 1995-04-12

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