EP1173624A1 - Verfahren zum härten von ringnuten mit laserstrahlen - Google Patents

Verfahren zum härten von ringnuten mit laserstrahlen

Info

Publication number
EP1173624A1
EP1173624A1 EP00930984A EP00930984A EP1173624A1 EP 1173624 A1 EP1173624 A1 EP 1173624A1 EP 00930984 A EP00930984 A EP 00930984A EP 00930984 A EP00930984 A EP 00930984A EP 1173624 A1 EP1173624 A1 EP 1173624A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
steel
groove
hardening
laser beam
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP00930984A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1173624B1 (de
Inventor
Michael Weis
Karl Pfeil
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mahle GmbH
Original Assignee
Mahle GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mahle GmbH filed Critical Mahle GmbH
Publication of EP1173624A1 publication Critical patent/EP1173624A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1173624B1 publication Critical patent/EP1173624B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/0068—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for particular articles not mentioned below
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/06—Surface hardening
    • C21D1/09—Surface hardening by direct application of electrical or wave energy; by particle radiation

Definitions

  • the application relates to a method for hardening the annular grooves of a piston crown made of steel, a steel piston, a steel lower part or steel piston heads with laser radiation.
  • the edge is shaded by a special device in accordance with JP document (FIG. 2).
  • the position of the laser beam is precisely specified in the US document.
  • Both methods have in common that the laser beam is incident radially to the central axis of the piston, so that if the laser beam is intended to be elongated, it cuts the central axis of the piston and that an absorption-increasing graphite coating is applied before hardening.
  • the invention is concerned with the problem of preventing the groove base from hardening in generic methods.
  • Fig. 1 shows the arrangement of the laser beam relative to the piston head from above
  • Fig. 2 shows the arrangement of the laser beam relative to the piston crown, side view.
  • a piston crown 1 with annular grooves 2 and 3 is rotatably received in a clamping device, not shown.
  • the piston crown 1 is shown cut open in the groove plane.
  • the grooves in the piston crown are hardened by laser radiation.
  • the path of the laser beam is indicated by dashed lines.
  • the laser beam is directed toward the groove flank 5 in an approximately tangential direction with respect to the outer diameter of the piston crown 1.
  • the central axis 4 of the piston is indicated in FIG. 2.
  • the angle between the groove flank plane and the laser beam is relatively small and is less than 15.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Abstract

Bei einem Verfahren zum Härten der Nuten von Stahlkolben bzw. Kolbenböden aus Stahl soll verhindert werden, dass der Nutgrund gehärtet wird. Hierzu wird der Laserstrahl bezogen auf den Kolbenaussendurchmesser etwa in tangentialer Richtung auf die Nutflanken gerichtet.

Description

Verfahren zum Härten von Ringnuten mit Laserstrahlen
Die Anmeldung betrifft ein Verfahren zum Härten der Ringnuten eines Kolbenbodens aus Stahl, eines Stahlkolbens, eines Stahlunterteils oder von Stahlkolbenköpfen mit Laserstrahlung .
Derartige Verfahren sind aus der US 5,515,770 und der JP- A 1-149424 bekannt. Wesentlich bei derartigen Verfahren ist im Regelfall, daß die Vorderkante der Nut nicht aufgeschmolzen wird und daß der Nutgrund nicht gehärtet wird, da dort ein erhöhtes Spannungsniveau vorliegt.
Um zu verhindern, daß die Vorderkante der Nut aufgeschmolzen wird, wird die Kante gemäß der JP-Schrift (Fig. 2) durch eine besondere Vorrichtung abgeschattet. Bei der US- Schrift wird die Lage des Laserstrahls genau spezifiziert.
Beiden Verfahren ist gemeinsam., daß der Laserstrahl radial zur Mittelachse des Kolbens einfällt, sodaß bei einer gedachten Verlängerung des Laserstrahls dieser die Mittelachse des Kolbens schneidet und daß vor dem Härten eine ab- sorptionserhöhende Graphitbeschichtung aufgetragen wird.
Die Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, bei gattungsgemäßen Verfahren zu verhindern, daß der Nutgrund gehärtet wird.
Dieses Problem wird gelöst durch das kennzeichnende Merkmal des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Durch die etwa tangentiale Strahlführung wird eine Reflexion der Laserstrahlen in Richtung Nutgrund mit Sicherheit vermieden und es wird gemäß Anspruch 2 bei entsprechend kleinem Auftreffwinkel auch eine Reflexion in Richtung der gegenüberliegenden Nutflanke vermieden. Unter etwa tangen- tialer Strahlführung ist dabei zu verstehen, daß die in die Ebene der Ringnuten projezierten Laserstrahlen den Kolben bzw. Kolbenboden nur peripher im Bereich seiner Ringnuten als Sekanten schneiden. Anders ausgedrückt wird der Laserstrahl etwa in Umfangsrichtung an den Kolben herangeführt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 die Anordnung des Laserstrahls relativ zum Kolbenboden von oben
Fig. 2 die Anordnung des Laserstrahls relativ zum Kolbenboden, Seitenansicht.
Ein Kolbenboden 1 mit Ringnuten 2 und 3 ist drehbar in einer nicht dargestellten Spannvorrichtung aufgenommen. Der Kolbenboden 1 ist in der Nutebene aufgeschnitten dargestellt. Die Nuten des Kolbenbodens werden durch Laserstrahlung gehärtet. Der Weg des Laserstrahls ist durch gestrichelte Linien angedeutet. Der Laserstrahl wird bezogen auf den Außendurchmesser des Kolbenbodens 1 in etwa tangentia- ler Richtung auf die Nutflanke 5 gerichtet.
In Fig. 2 ist die Mittelachse 4 des Kolbens angegeben. Der
Winkel zwischen der Nutflankenebene und dem Laserstrahl ist o relativ klein und liegt bei weniger als 15 .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Härten der Ringnuten eines Kolbenbodens aus Stahl, eines einteiligen Stahlkolbens, eines Kolbenkopfes aus Stahl oder eines Stahlunterteils eines Kolbens mittels Laserstrahlen, dadurch gekennzeichne , daß der Laserstrahl bezogen auf den Kolbenaußendurchmesser etwa in tangentialer Richtung auf die Nutflanke (5) gerichtet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne , daß der Laserstrahl bezogen auf die Nutflankenebene mit relativ kleinem Winkel auf die Nutflanke (5) gerichtet wird, sodaß die von einer Nutflanke (5) reflektierten Strahlen weder den Nutgrund noch die jeweils andere Nutflanke (5) treffen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichne , daß in den zu härtenden Bereichen keine Oberflächenbe- schichtung zur Erhöhung der Absorption vorgenommen wird.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne , daß die Vorrichtung zum Laserhärten in einer spangebenden Werkzeugmaschine integriert ist, sodaß das Härten und die Fertigbearbeitung des Bauteils in derselben Einspannung möglich sind.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beide Nutflanken (5) gleichzeitig gehärtet werden.
6. Kolbenböden aus Stahl, Stahlkolben, Stahlkolbenkopf oder Stahlunterteil, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Ringnut nach dem Verfahren des Anspruchs 1 gehärtet ist .
EP00930984A 1999-04-26 2000-03-21 Verfahren und vorrichtung zum härten von ringnuten mit laserstrahlen Expired - Lifetime EP1173624B1 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19918808A DE19918808A1 (de) 1999-04-26 1999-04-26 Verfahren zum Härten von Ringnuten mit Laserstrahlen
DE19918808 1999-04-26
PCT/DE2000/000919 WO2000065104A1 (de) 1999-04-26 2000-03-21 Verfahren zum härten von ringnuten mit laserstrahlen

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP1173624A1 true EP1173624A1 (de) 2002-01-23
EP1173624B1 EP1173624B1 (de) 2003-09-10

Family

ID=7905838

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP00930984A Expired - Lifetime EP1173624B1 (de) 1999-04-26 2000-03-21 Verfahren und vorrichtung zum härten von ringnuten mit laserstrahlen

Country Status (5)

Country Link
US (1) US6592690B1 (de)
EP (1) EP1173624B1 (de)
JP (1) JP4700198B2 (de)
DE (2) DE19918808A1 (de)
WO (1) WO2000065104A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009062486A1 (de) * 2007-11-16 2009-05-22 Mahle International Gmbh Verfahren zum härten von nutflanken der ringnut eines stahlkolbens mittels eines laserstrahls

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10118291C5 (de) * 2001-04-12 2010-07-22 Sms Elotherm Gmbh Vorrichtung zum Laser-Belichten einer Fläche von metalischen Werkstücken und deren Verwendung
DE10337962B4 (de) * 2003-08-19 2012-04-26 Mahle Gmbh Verfahren zum Härten der Nutflächen, insbesondere der Nutflanken der Ringnuten eines Stahlkolbens
RU2265933C2 (ru) * 2003-11-12 2005-12-10 Рассадин Александр Александрович Способ уменьшения расходимости лазерного пучка лазеров с кольцевой формой активной среды
US20050132569A1 (en) * 2003-12-22 2005-06-23 Clark Donald G. Method of repairing a part using laser cladding
JP5101838B2 (ja) * 2006-05-16 2012-12-19 ヤンマー株式会社 金属部材の表面硬化方法
WO2007140826A1 (de) * 2006-06-03 2007-12-13 Ks Kolbenschmidt Gmbh Verfahren zum härten einer ringnut eines kolbenbodens mittels laserstrahlen und ein nach dem verfahren hergestellter kolben
US20080053384A1 (en) * 2006-08-23 2008-03-06 Nuvonyx, Inc. Piston having diode laser hardened primary compression ring groove and method of making the same
US8322004B2 (en) * 2009-04-29 2012-12-04 Caterpilar Inc. Indirect laser induced residual stress in a fuel system component and fuel system using same
JP5480203B2 (ja) * 2011-06-17 2014-04-23 ヤンマー株式会社 金属部材の表面硬化方法
DE102019133522B4 (de) * 2019-12-09 2023-04-20 Federal-Mogul Nürnberg GmbH Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor und Kolben für einen Verbrennungsmotor

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60221515A (ja) * 1984-04-18 1985-11-06 Mitsubishi Electric Corp レ−ザ加工装置
JPS6160290A (ja) * 1984-08-31 1986-03-27 Toyota Motor Corp レ−ザを用いたワ−クの処理方法
JPS61149424A (ja) 1984-12-24 1986-07-08 Yanmar Diesel Engine Co Ltd 凹凸部からなる部材のレ−ザ−焼入方法
JPH02104612A (ja) 1988-10-12 1990-04-17 Toshiba Corp レーザ焼入れ方法
JPH0640587Y2 (ja) * 1988-10-12 1994-10-26 株式会社東芝 レーザ加工装置
CH689643A5 (fr) * 1994-02-18 1999-07-30 Speno International Installation pour le reprofilage des rails d'une voie ferrée.
US5515770A (en) * 1994-12-05 1996-05-14 Clark Industries, Inc. Piston having laser hardened primary compression ring groove and method of making same

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO0065104A1 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009062486A1 (de) * 2007-11-16 2009-05-22 Mahle International Gmbh Verfahren zum härten von nutflanken der ringnut eines stahlkolbens mittels eines laserstrahls

Also Published As

Publication number Publication date
EP1173624B1 (de) 2003-09-10
WO2000065104A1 (de) 2000-11-02
JP4700198B2 (ja) 2011-06-15
DE19918808A1 (de) 2000-11-02
JP2002543275A (ja) 2002-12-17
US6592690B1 (en) 2003-07-15
DE50003649D1 (de) 2003-10-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2000065104A1 (de) Verfahren zum härten von ringnuten mit laserstrahlen
DE60120616T2 (de) Verfahren und Einrichtung zum Laserschneiden mit einem zweiflüssigen Doppelfokusschneidkopf
EP1250979A2 (de) Verfahren zur Randbearbeitung von optischen Linsen
EP3360640B1 (de) Verfahren und station zur entschichtung eines rads
EP3012056A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum anfasen und entgraten verzahnter werkstücke
AT511195B1 (de) Verfahren zur verringerung der exzentrizität der innen- zur aussenfläche
DE102010061432A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Zahnrades mit balligen Zähnen
DE2341663A1 (de) Rotierendes werkzeug fuer holzbearbeitungsmaschinen, insbesondere spanwerkzeug wie messerkopf oder fraeser, mit einer zentralen aufnahmebohrung fuer eine antriebswelle der bearbeitungsmaschine
EP3287221B1 (de) Verfahren zur bearbeitung der zahnflanken von plankupplungs-werkstücken im semi-completing einzelteilverfahren
DE3735766C2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Bürstendichtungen
DE3144335C2 (de) "Verfahren zur Herstellung von mit einer verschleißfesten Schicht zu versehenden rotationssymmetrischen Werkstücken"
DE3426684C2 (de)
EP0771606B1 (de) Strahlschweissverfahren mit Kantenverrundung
DE2931193A1 (de) Einrichtung zur beseitigung von rotorunwuchten bei stroemungsmaschinen
EP0740722A1 (de) Verfahren zum fräsen einer streifenförmigen werkstückfläche
EP3225335A1 (de) Verfahren zur veredelung der oberfläche eines radteils und veredeltes radteil
EP2024522B1 (de) Verfahren zum härten einer ringnut eines kolbenbodens mittels laserstrahlen
AT10156U1 (de) Vorrichtung zum bearbeiten von leichtmetallfelgen
EP0269100A3 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Schleifen von Nockenscheiben
EP1342882A2 (de) Verfahren zur Herstellung eines geschweissten Rotors einer Strömungsmaschine
DE19643192A1 (de) Verfahren zum Bearbeiten von rotationssymmetrischen Werkstückflächen sowie Werkzeug zur Durchführung eines solchen Verfahrens
EP1319122A1 (de) Verfahren zur herstellung einer muldenrandverrundung an einem kolben
DE3502192A1 (de) Fraesmaschine
DE19813675C1 (de) Verfahren zur Ermittlung eines bauteilspezifischen Planschlag-Anteils innerhalb eines mehrteiligen Zusammenbaus von Teilen und Meisterteil zur Durchführung des Verfahrens
DE2620393B2 (de) Verfahren und Werkzeug zur Reprofilierung der Räder von Eisenbahnradsätzen

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20010926

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE

GRAH Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS IGRA

RTI1 Title (correction)

Free format text: METHOD AND APPARATUS FOR HARDENING RING-SHAPED GROOVES BY MEANS OF LASER BEAMS

GRAS Grant fee paid

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR3

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: B1

Designated state(s): DE FR GB IT

REG Reference to a national code

Ref country code: GB

Ref legal event code: FG4D

Free format text: NOT ENGLISH

GBT Gb: translation of ep patent filed (gb section 77(6)(a)/1977)
REF Corresponds to:

Ref document number: 50003649

Country of ref document: DE

Date of ref document: 20031016

Kind code of ref document: P

REG Reference to a national code

Ref country code: IE

Ref legal event code: FG4D

Free format text: GERMAN

REG Reference to a national code

Ref country code: IE

Ref legal event code: FD4D

ET Fr: translation filed
PLBE No opposition filed within time limit

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT

26N No opposition filed

Effective date: 20040614

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: DE

Payment date: 20140331

Year of fee payment: 15

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: IT

Payment date: 20140324

Year of fee payment: 15

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Payment date: 20140320

Year of fee payment: 15

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: FR

Payment date: 20140410

Year of fee payment: 15

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R119

Ref document number: 50003649

Country of ref document: DE

GBPC Gb: european patent ceased through non-payment of renewal fee

Effective date: 20150321

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: IT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20150321

REG Reference to a national code

Ref country code: FR

Ref legal event code: ST

Effective date: 20151130

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: DE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20151001

Ref country code: GB

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20150321

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: FR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20150331