DE734599C - Kolbenring aus einer Leichtmetallegierung - Google Patents

Description

• Kolbenring aus einer Leichtmetallegierung Zusatz zum Patent ;05 886 Im Hauptpatent 705 886 ist ein insbesondere für Leichtmetallkolben von Brennkraftmaschinen geeigneter Kolbenring aus einer Leichtmetallegierung beschrieben, dessen wesentliches Kennzeichen darin besteht, daß er aus gesintertem pulverförmigem Leichtmetall gebildet ist, welches Zusätze von Schwermetallen hoher Schmelztemperatur enthält.
• Der Vorschlag, den Dichtungsring eines aus Leichtmetall bestehenden Kolbens ebenfalls aus Leichtmetall anstatt aus dem üblichen Grauguß zu bilden, ist im Hauptpatent nicht zum ersten Male gemacht worden; :er ist schon früher vereinzelt in Patentschriften aufgetaucht und war aus dem Gesichtspunkt entstanden, den an den Berührungsstellen zwischen Kolben und Kolbenring auftretenden Verschleiß nach Möglichkeit in die leichter und billiger zu ersetzenden Kolbenringe zu verlegen. Indessen waren derartige Vorschläge bisher nicht zur präktischen Anwendung gekommen, weil man sich bewußt gewesen war, daß Leichtmetall kein geeigneter Baustoff für Dichtungsringe ist, denn gegossenes Leichtmetall neigt weit mehr als der übliche Grauguß # zu Undichtheiten und Fehlerstellen, auch würde es sich an den im Zylinder gleitenden Flächen wegen ungenügender Härte zu rasch abnutzen, und vor allem mangelt es diesem Stoff, insbesondere bei hoher Temperatur, an demjenigen Grad von Elastizität, welcher zur Aufrechterhaltung :eines genügenden Dichtungsdruckes erforderlich ist. Diese Hindernisse, welche der praktischen Einführung des aus Leichtmetall gebildeten Dichtungsringes entgegenstanden, werden aber beseitigt, wenn der Ring aus gesintertem pulverförmigem Metall, insbesondere mit Zusätzen von pulverförmigen Schwermetallen, gebildet wird, denn das Sinterverfahren gestattet, wenn als Ausgangsstoff Metallpulver feinster Korngröße benutzt wird, feste Körper mit außerordentlich dichtem Gefüge zu bilden, welchen dann mit Hilfe der genannten Beimischungen die für den Zweck geeignete Warm- und Oberflächenhärte ausreichende Elastizität und gute Gleiteigenschaften verliehen werden können. Werden also die den Dichtungsring aus Leichtmetall an sich anhaftenden Mängel auf diese Weise beseitigt, so erlangt man nicht nur den Vorteil, daß die zur Aufnahme der Dichtungsringe dienenden Nuten des Leichtmetallkolbens geschont und somit dessen Lebensdauer verlängert wird, sondern auch noch andere wichtige, auf der besseren Wärmeleitfähigkeit des Leichtmetalls beruhende Vorteile, die im Hauptpatent ausführlicher beschrieben sind und früher überhaupt noch nicht erkannt worden waren. Da die Wärmeleitfähigkeit des Leichtmetalls :etwa dreimal so groß wie diejenige des Gußeisens ist und durch die Zusätze von Schwermetallen sogar noch verbessert wird, gelingt es, die aus dem Verbrennungsraum in den Kolben übergehende Wärme schon unmittelbar hinter dem Kolbenboden, d. h. der heißesten Aufnahmestelle, zur gekühlten Zylinderwand abzuleiten und somit die in diesem Teil des Kolbens sonst durch Wärmeanstauung entstehende hohe Temperatur zu vermeiden. Infolgedessen können das Spiel zwischen Kolbenkopf und Zylinderwand geringer gehalten und dementsprechend auch der hier vorhandene ölfilm dünner gemacht, die auf die Dichtungsringe gelangenden Kräfte vermindert, der Kolbenkopf wegen der erhöhten mechanischen Festigkeit leichter ausgebildet und dadurch der mechanische Wirkungsgrad verbessert, außerdem der Kompressionsgrad und mit ihm der thermische Wirkungsgrad der Maschine entsprechend erhöht werden, wie das im Hauptpatent bereits ausführlicher dargelegt worden ist.
• Die Erfindung betrifft eine weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptpatents, indem sie genau:re Anweisungen für die Anwendung besonders geeigneter Schw-ermetallzusätze gibt.
• Als besonders geeignetes Schwermetall, welches die Warmhärte, die Verschl°ißfestigkeit und die Elastizität wesentlich Heraufsetzt, ohne die Wärmeleitfähigkeit über Gebühr zu vermindern, kann Kobalt bezeichnet werd-,n. Seines hohen Schmelzpunktes wegen ist es mit Aluminium nur schwer in Legierung zu bringen. Versuche zur Beimischung durch Erschmelzen von Vorlegierungen scheiterten an der überinäßigcn Beanspruchung der Schmelz-_ tiegel, wodurch. das Verfahren unwirtschaftlich wurde.
• Es liegt jedoch für die Herstellung von Leichtmetallkolbenringen :ein besonderes Interesse vor, Kobaltzusätze zu verwenden, da hubalt im Gegensatz zu anderen Schwermetallcn mit Aluminium keine Mischkristalle bildet, sondern mit ihm eine Verbindung- von der Formel Co, ."AI"" eingeht, welche für den genannten Verwendungszweck außerordentlich günstige Eigenschaften aufweist und dem Kolbenring die Eigenschaften verleiht, die er zur Erfüllung seines Verwendungszweckes benötigt. Infolgedessen kommt eine verhältnismäßig große Zusatzmenge von Kobalt in Betracht, die beispielsw=eise bis zu 3o0 o des verwendeten Leichtmetalls betragen kann. Diese verhältnismäßig große Menge des sonst nur schwer legierbaren Metalls läßt sich im vorliegenden Falle mit Aluminium ohne weiteres in Mischung bringen, da das Sinterungsverfahren von den Schwierigkeiten befreit, welche sonst dem Schmelz- und Gußverfahren eigen sind. Da die Metalle bereits in Pulverform die für die Legierungsbildung erforderliche Korngröße und Durchmischung erhalten haben und sich im SinterungsprozeU, in gewünschter Weise aneinanderlagern, können weder Entmischungen auftreten, noch die Korngröße überschreitende, ungleich verteilte Kristallisationserzeugnisse, die sonst im Falle der Beimischung eines so hohen Kobaltzusatzes zu erwarten sein würden.
• Es empfiehlt sich, neben der angeg(2l)en'en Beimischung von Kobalt auch Zusätze von Nickel, Kupfer, Mangan und Chrom zii verwenden, wobei Nickel und Kupfer zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit und Gleiteigenschaften, Mangan und Chrom zur Erhöhung der Elastizität benutzt werden. Auch einige dieser Schwermetalle sind bei dem an cutektische Grenzen gebundenen Schmelzverfahren nur schwer mit Aluminium in Legierung zu bringen, während das Sinterungsverfahren deren Beimischung in geeigneten Verhältnissen ohne weiteres ermöglicht. Als empfehlenswert kommt demnach eine Sinterlegierung in Betracht, die Kobalt in den Grenzen von 1o bis 300'o, dazu a bis 5(3ü Nickel, i bis 4@'o Mangah, a bis 5°'o Chrom, Rest Aluminium enthält. Gegebenenfalls können dabei dem Aluminium auch noch Zusätze von Lithium, Beryllium und Magnesium in der Größenordnung von i @ ö beigemischt werden.
• Eine solche Sinterlegierung weist eine Warmhärte von So Brinell bei 3co- C sowie eine Wärmeleitfähigkeit über o,3 bei hinreichend großer Verschleißfestigkeit auf. Zum Vergleich seien die Werte der besten Leichtmetallkolbenlegierungen herangezogen, die bei 3oo° C nur eine Warmhärte von 45 Brinell hei einer Wärmeleitfähigkeit von 0,4 besitzen. Die Wärmeleitfähigkeit der genannten Sinterlegierung reicht also fast an den höhen Wert dieser besten Leichtmetallegierungen heran, während die Härte auf etwa das Doppelte gesteigert ist. Sie bleibt :allerdings noch erheblich unter der Härte des Graugusses, die bei 300°C 150 Brinell beträgt, was :aber nicht schadet, weil ein übermäßiger Härteunterschied zwischen dem Werkstoff des Kolbens und demjenigen der Kolbenringe nicht erwünscht ist. Die Überlegenheit der angegebenen Sinterlegierung gegenüber Grauguß besteht in der stark vergrößerten Wärmeleitfähigkeit, denn der in Vergleich zu setzende Wert des Graugusses beträgt nur o, f .
• Die in der vorgeschlagenen Sinterlegierung angegebenen Zusätze von Chrom, Mangan und Nickel können auch ganz oder teilweisse durch metallurgisch annähernd äquivalente Schwermetalle, wie Wolfram, Molybdän, Titan und andere ersetzt werden, wobei ebenfalls Werte erzielbar sind, weiche eine praktische Verwendbarkeit des gesinterten Leichtmetallkolbenringes gewährleisten.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Kolbenring aus einer Leichtmetalllegierung, insbesondere für Leichtmetallkolben von Drennkraftmaschinen, nach Patent 705 886, dadurch gekennzeichnet, daß dem im Sinterverfahren zu -einem festen Körper umgebildeten Aluminiumpulver als Schwermetallzus:atz hauptsächlich pulverförmiges Kobalt im Ausmaße bis zu etwa 3o% beigemischt ist.
2. 2. Kolbenring nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das pulverförmige Metallgemisch aus io bis 3o% Kobalt, 2 bis 5% Nickel, i bis 40/0 Mangan, 2 bis 5% Chrom und im Rest aus Aluminium zusammengesetzt wird, wobei gegebenenfalls noch Zusätze von Lithium, Beryllium, Magnesium zu etwa je 10,16 beigemischt werden können.
3. 3. Kolbenring nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusätze von Chrom, Mangan und Nickel ganz oder teilweise durch Zusätze von Wolfram. Molybdän, Titan oder ähnlichen Sch"vermetallen ersetzt sind.