DE8405030U1

DE8405030U1 - Verschleißfeste Kolbenringnut an einem aus Vergütungsstahl hergestellten Kolbenoberteil eines Brennkraftmaschinenkolbens

Info

Publication number: DE8405030U1
Application number: DE8405030U
Authority: DE
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1984-02-18
Filing date: 1984-02-18
Publication date: 1986-05-15
Also published as: DE3405983C1

Description

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P 34 05 983.0-13 - 1 - 31.10.1984

PB 3270

Neue Besehreibung

Verschleißfeste Kolbenringnuten an einem aus Vergütungsstahl hergestellten Kolbenoberteil eines Brennkraftmaschinenkolbens

Die Erfindung betrifft gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs verschleißfeste Kolbenringnuten an einem aus Vergütungsstahl hergestellten Kolbenoberteil eines Brennkraftmas-Jhinenkolbens, deren Flanken,erforderlichenfalls auch deren Boden, durch härteres Material gepanzert sind.

Es sind aus der US-PS 3 095 204 beispielsweise Kolbenringnuten an aus Vergütungsstahl hergestellten Kolbenoberteilen von Brennkraftmaschinenkolben bekannt, deren Flanken durch eine Schicht härteren Materials, beispielsweise Chrom, bewehrt sind. Diese Chromschichten erhöhen zwar die Lebensdauer, können jedoch nach einer gewissen Betriebsdauer zur Rißbildung neigen; wenn einmal Risse aufgetreten sind, sind ein Abplatzen der Chromschicht und eine Fortpflanzung der Risse in das Kolbenoberteilmaterial kaum mehr zu vermeiden. Ein weiterer Nachteil solcher Chromschichten ist darin begründet, daß diese relativ dünn sind und in der Regel eine nicht wesentlich über 0,5 mm liegende Dicke aufweisen.

Der Vollständigkeit halber sei noch darauf hingewiesen, daß es aus der DE-OS 24 11 840 auch schon bekannt ist, an den Flanken von Kolbenringnuten Verstärkungskörper aus abnutzungsfestem Material anzuschweißen. Diese Verstärkungskörper sind durch flache Ringabschnitte gebildet, die sich jeweils über einen Segmentabschnitt zusammen über den Umfang des Kolbens in einer Ringnut erstrecken. Diese Lösung würde sicherlich gute Betriebswerte ermöglichen; sie ist aber wegen des extrem hohen Kostenaufwandes kaum realisierbar. Außerdem ist es bei Aluminiumxolben auch schon

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bekannt (eiehe DE-03 29 26 599₍ US-PS 3 014 771), zur Var- £«etigung einer Ringnut diese mit verschleißfestem Material durch Schweißen auszufüllen und dann die den Kolbenring Aufnehmende Ringnut aus dem Schweißmaterial auezuarbeiten. Aluminiumkolben sind jedoch nieht in allen Fällen verwendbar, insbesondere meist nieht in mit extrem schlechten Schwerölen betriebenen Brennkraftmaschinen. Diese qualitätsmäßig schlechten Schwerölbrennstoffe erfordern sehr hohe Binepritsdrüeke bis 2u etwa 1 SOO bar und bewirken hohe Verbrennungsdrücke sowie hohe Verbrennungstemperaturen mit relativ harten, unverbrannten Rückständen. Letztere würden an Aluminiumkolben, insbesondere im Kolbenringbereich, unter anderem 2u einem starken abrasiven Verschleiß führen.

Bs ist daher Aufgabe der Erfindung, an aus Vergütungsstahl hergestellten Kolbenoberteilen von Brennkraftmaschinenkolben die Kolbenringnuten durch eine Panzerung zu bewehren, die eine Erhöhung der Verschleißfestigkeit und eine lange Lebensdauer gewährleistet, außerdem billig und auf einfache Art und Reise herstellbar ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 definierte Panzerung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen derselben sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet .

Nachstehend sind Vorteile und Einzelheiten der Erfindung aahaad 2weier in der Zeichnung dargestellter Aasfräarungs-Beispiele näher erläutert.

Fig.1 zeigt ein Kolbenoberteil eines Brennkraftmaschinen-Kolbens mit erfindungsgemäß gepanzerten IColbenringnuten.

Fig.2 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäß gepanzerten Kolbenringnut, die einen Kolbenring mit großer Ringhöhe (etwa über 10 mn) aufnimmt.

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Flg.3 zeig« ein« aridere Ausfühirungefopm efffindungsgemäiß gepanzerter Kölbenringnuten, die Kolbenringe mi« kleinerer (etwa unter 10 mm) aufnehmen.

In den Figuren ist mit 1 ein Kolbenoberteil eines des weiteren nicht dargestellten Brennkraftmaschinenkolbens bezeichnet. Dieses Kolbenoberteil 1 wird aus einem Vergütungestahl, beispielsweise 34 CrMo 4, durch Sehmieden, Vergüten und anschließende spanabhebende Bearbeitung hergestellt. Mit 2 sind am Kolbenoberteil 1 ausgebildete Kolbenringnuten bezeichnet, deren Flanken 3 und 4 und ggf. auch Boden 5 durch härteres Material gepanzert sind. Die mit 6 bezeichnete Panzerung der Kolbenringnuten 2 besteht aus am Kolbenoberteil 1 aufgeschweißtem, austenitisehem Hartmanganstahl mit 12 bis 2055 Mangan, etwa 1% Kohlenstoff, O bis 5% Nickel, Rest Eisen und erschmelzungsfoedingten Verunreinigungen. Ais Hartmanganetahl ist ein zur Verbesserung der Schweißbarkeit und zur Verringerung der Rißanfälligkeit durch einen Anteil von bis zu 5% Nickel veredelter Normstahl der Bezeichnung % 120 Mn 12 oder X 110 Mn 14 oder JC 90 Mn 18 oder ähnlich verwendet.

Dieses Material erfordert eine spezielle Behandlungsweise, dean nur dann können seine vorteilhaften Eigenschaften voll zur Wirkung kommen. Dies ist nachstehend durch Angabe der Herstellungssehritte für den Erhalt der Panzerungen 6 aufgezeigt.

Zunächst wird in das Kolbenoberteil 1 bei Verwendung von Kolbenringen mit großer Jtingböhe (etwa über 10 mm) für jeden derselben, wie aus Fig.2 ersichtlich, eine Singnat 7 spanabhebend eingearbeitet. Der Abstand der Flanken dieser Ringnuten 7 ist dabei un einiges größer als der durch die Ringhöhe bestimmte Flankenabstand der Kolbenriogauten 2nach Undbearbeitung. Bei Verwendung von Kolbenringen mit kleinerer Ringhöhe (etwa unter 10 mm)

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wird in diesem erseen Herstellufligsschrifct anders verfahren; es wird dabei, wie aus fig.3 erslctitiieh, ein« ein« 2ige Ringnut 8 spanabhebend in das Kelbe&ebeffteil 1 eingearbeitet, wobei diese Rinfwat 8 die gesamte Ring.pa«- S ti« 9 mit Übermaß in Hübe und gegebenenfalls auch Tiefe überdeckt. Bs wäre jedoch auch denkbar, analog zu diesem dargestellten Fall insbesondere dann, wenn mehr als drei Kolbenringe notwendig sind, mehrere solcher Ringnuten 8, die jeweils den Bereich mehrerer Kolbenringe mit übermaß in Höhe und gegebenenfalls auch Tiefe überdecken, spanabhebend in das Kolbenoberteil 1 einzuarbeiten.

Nach dieser spanabhebenden Vorbereitung des Kolbenoberteils 1 wird im Fall gemäß Fig.2 durch Auftragechweis-

IS sung an den Flanken der Ringnut 7, im Fall gemäß Fig.3 die gesamte Ringnut 8 bzw. wenn mehrere solcher Ringnuten 8 vorhanden, jede derselben durch Vollsehweißung ausgefüllt, zum Erhalt der gewünschten Panzerung 6, und 2war am kalten, nicht erwärmten Kolbenoberteil 1 durch

Niederschmelzen eines Fülldrahtes aus Bestandteilen,

die den weiter vorn bereits erwähnten erfindungsgemäßen Hartmanganstahl bilden. Dieses Aufsehweißen des dia Panzerung 6 bildenden Hartmanganstahles erfolgt unter besonderer Schweißtemperaturführung unter Vermeidung eines anschließenden Spannungsarmglühens und bei niedriger Schmelzenergiezufuhr, so daß sieh das Kolben-Oberteilmaterial insgesamt nicht über 300^eC erwärmt, iin Spannungsarmglühen darf deshalb nicht stattfinden, weil hlerdtsreh die besondere« Eigenschaften des Hart manganstahles und des Kolbenoberteilmateriales verleren- e/enen wurden.

Im dritten Arbeitsgang werden die Kolbenringnuten 2 auf Endmaß durch spanabhebendes Ausdrehen erstellt. öaöei sind bein AusführtM*gsbeispiel gemäß fig,2 lediglich die Nutflan&en 3 and 4 nachzuarbeiten, während beim Aosführnngsbeispiel ^entäß fig.3 die Ringnuten 2

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insgesamt sue dem eine Ringnut 8 ausfüllenden Panzermaterial herausgearbeitet werden müssen. Außerdem wird die Außenkontur de· Kolbenoberteils 1 nachgearbeitet, wobei radial Überstehendes Panzermaterial abgetragen wird.

Xm letzten Merstellungsschritt werden die Planken 3_#4 Kolbenringnuten 2 an den die aufgetragene Her«manganstahl -Panzerung aufweisenden Stellen durch ein Spezial-

ffl werkzeug ohne »eitere Span abnähme druckbeaufschlagt.

Dabei wird daa austenitische öefUge der Hartmanganstahl-Paneerung teilweise oder vollständig in ein martensitisches Qefttge umgewandelt. Hierdurch ist eine enorme H&rtesteigerwig erzielbar, die letztendlieh eine extrem hohe

TS Verschle-iöwiderstandsfähigkeit in diesem Anwendungsfall garantiert.

Die aufgeschweißte Hartmanganstahl-Panzerung weist an Kolbenringnuten 2, die Kolbenringe mit einer Über 10 mm liegenden Ringhöhe aufzunehmen haben, nach der Endbearbeitung noch eine Sicke von etwa 2 mm auf. Für Kolbenringe mit Ringhöhen kleiner als 10 mm bildet die Hartmanganstahl-Panserung 6 je nachdem, ob sie eine oder mehrere Ringnuten 8 ausfüllt, den gesamten oder einen wesentlichen Teil des Ringsteges am Kolbenoberteil 1 .

Claims

\ .Verschleißfeste Kolbenringnut an einem aus Vergütungsstahl hergestellten Kolbenoberteil eines Brennkraftmaschinenkolbens^ deren Flanken, erforderlichenfalls auch deren Boden, durch härteres Material gepanzert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Panzerung (6) der Kolbenringnuten (2) aus am Kolbenoberteil (1) aufgeschweißtem, austenitischem Hartmanganstahl mit 12 bis 20% Mangan, etwa 1% Kohlenstoff, 0 bis 5% Nickel, Rest Eisen und erschmelzungsbedingten Verunreinigungen besteht.
2. Kolbenringn&it nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgeschweißte Hartmanganstahl-Panzerung (6) an Kolbenringnuten (2), die Kolbenringe mit einer etwas ütoer 10 mm liegenden Ringhöhe aufzunehmen haben, nach Endbearbeitung noch eine Dicke von etwa 2 mm aufweisen.
3. Kolbenringnut nach Anspruch 1 für Kolbenringe mit unter 10 mm liegender Ringhöhe, dadurch geWfennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Ringnuten (8) in eine sich über einen wesentlichen Teil des Ringsteges am Kolbenoberteil erstreckenden Hartmanganstahl-Panzerungsschicht (6) eingearbeitet ist..
4. Kolbenringnut nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß für die Panzerung (6) ein durch einen Anteil von bis zu 5% Nickel veredelter Normstahl der Bezeichnung

X 120 Mn 12 oder
X 110 Mn 14 oder
X 90 Mn 18 oder ähnlich lit.

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