EP1333949B1 - Verfahren zur giesstechnischen herstellung eines kolbens mit einem gekühlten ringträger - Google Patents

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EP1333949B1 EP01996444A EP01996444A EP1333949B1 EP 1333949 B1 EP1333949 B1 EP 1333949B1 EP 01996444 A EP01996444 A EP 01996444A EP 01996444 A EP01996444 A EP 01996444A EP 1333949 B1 EP1333949 B1 EP 1333949B1
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Mahle GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D21/00—Casting non-ferrous metals or metallic compounds so far as their metallurgical properties are of importance for the casting procedure; Selection of compositions therefor
    • B22D21/02—Casting exceedingly oxidisable non-ferrous metals, e.g. in inert atmosphere
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B22D19/0009—Cylinders, pistons
    • B22D19/0027—Cylinders, pistons pistons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2201/00—Metals
    • F05C2201/02—Light metals
    • F05C2201/021—Aluminium

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a piston with a cooled ring carrier, consisting of a ring carrier part and a sheet metal part connected thereto.
  • Such a ring carrier and a corresponding manufacturing method are known from DE 19750021.
  • the cooled ring carrier is alfinated prior to encapsulation with piston material in an aluminum base melt.
  • Alfinieren forms on the iron base material of the ring carrier a layer of iron aluminides, which serves as a bonding layer between the aluminum material and the iron material of the ring carrier in the piston.
  • the ring carrier part is usually made of a Niresist material with lamellar graphite formation.
  • the invention therefore deals with the problem of avoiding defects in the ring carrier bond of cooled ring carriers.
  • connection of ring carrier part and sheet metal part should be done by a normally gas-tight connection, for example by welding or soldering.
  • the cooled ring carrier 1 consists of a ring carrier part 2 and a welded sheet metal part 3, which together form a cooling channel 4 of a diesel piston.
  • the material of the ring carrier is not gas-tight in all cases, it can lead to outgassing and the formation of oxides and bubbles in the Alfinieren the cooled ring carrier due to increase in the internal pressure in the cooling channel 4, which damage the ring carrier bond.
  • the cooled ring carrier 1 or a plurality of ring carriers is subjected to negative pressure in an evacuatable vacuum container.
  • the negative pressure is for example 10 mbar.
  • the negative pressure after some time to 20-50 mbar increase.
  • the ring carriers In order to ensure pressure equalization in the leaky ring carriers, the ring carriers must remain for a minimum time, for example 24 hours, in the evacuated vacuum vessel.
  • High productivity can be achieved by simultaneously evacuating a plurality of vacuum containers filled with cooled ring carriers in a larger vessel. This can be done by the vacuum tank having a loose against a rubber seal lid.
  • the vacuum evacuated container can be made economically by using commercially cut to length plastic pipes of sufficient material thickness and custom-made plastic lids, which are provided with O-ring seals.
  • the vent valve may be provided in the plastic cover.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbens mit einem gekühlten Ringträger, bestehend aus einem Ringträgerteil und einem mit diesem verbundenen Blechteil.
  • Ein derartiger Ringträger und ein entsprechendes Herstellungsverfahren sind aus der DE 19750021 bekannt. Der gekühlte Ringträger wird vor dem Umgießen mit Kolbenmaterial in einer Aluminiumbasis-Schmelze alfiniert. Beim Alfinieren bildet sich auf dem Eisenbasismaterial des Ringträgers eine Schicht aus Eisenaluminiden, die im Kolben als Bindeschicht zwischen dem Aluminiumwerkstoff und dem Eisenwerkstoff des Ringträgers dient. Das Ringträgerteil besteht im Regelfall aus einem Niresist-Werkstoff mit lamellarer Graphitausbildung.
  • Es hat sich nun gezeigt, daß beim Alfinieren des gekühlten Ringträgers der Gasdruck im Kühlkanal ansteigt und, da der Ringträger-Werkstoff nicht immer porenfrei vorliegt, im Einzelfall überraschenderweise auch eingeschlossene Luft aus dem Kühlkanal entweichen kann. Dies führt im Alfinbad zur Bildung von Oxidhäuten, die am gekühlten Ringträger anhaften und am fertigen Kolben Fehlstellen in der Ringträgerbindung darstellen.
  • Die Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, Fehlstellen in der Ringträgerbindung von gekühlten Ringträgern zu vermeiden.
  • Dieses Problem wird bei gattungsgemäßen Verfahren gelöst durch das kennzeichnende Merkmal des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Das Verbinden von Ringträgerteil und Blechteil soll durch eine im Normalfall gasdichte Verbindungsart, beispielsweise durch Schweißen oder Löten erfolgen.
  • Durch die Beaufschlagung mit Unterdruck kann - falls das Material des Ringträgers porös ist - im Kühlkanal eingeschlossene Luft entweichen und es wird die Bildung eines Überdrucks beim Alfinieren vermieden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:
    • Fig. 1
    einen gekühlten Ringträger im verschweißten Zustand.
  • Der gekühlte Ringträger 1 besteht aus einem Ringträgerteil 2 und einem mit diesem verschweißten Blechteil 3, die gemeinsam einen Kühlkanal 4 eines Dieselkolbens bilden.
  • Da das Material des Ringträgers nicht in allen Fällen gasdicht ist, kann es beim Alfinieren des gekühlten Ringträgers infolge Erhöhung des Innendrucks im Kühlkanal 4 zum Ausgasen und zur Bildung von Oxiden und Blasen kommen, die die Ringträgerbindung schädigen.
  • Um dies zu vermeiden, wird der gekühlte Ringträger 1 oder eine Mehrzahl von Ringträgern in einem evakuierbaren Unterdruckbehälter mit Unterdruck beaufschlagt. Der Unterdruck liegt beispielsweise bei 10 mbar. Je nach Anzahl der undichten Ringträger und in Abhängigkeit vom Behältervolumen kann der Unterdruck nach einiger Zeit auf 20-50 mbar ansteigen.
  • Um bei den undichten Ringträgern einen Druckausgleich sicherzustellen, müssen die Ringträger eine Mindestzeit, beispielsweise 24 Stunden, im evakuierten Unterdruckbehälter verbleiben.
  • Eine hohe Produktivität kann erreicht werden, wenn in einem größeren Kessel eine Vielzahl von mit gekühlten Ringträgern gefüllten Unterdruckbehältern gleichzeitig evakuiert werden. Dies kann erfolgen, indem die Unterdruckbehälter einen lose gegen eine Gummidichtung anliegenden Deckel aufweisen.
  • Beim Evakuieren des Kessels auf einen Unterdruck von beispielsweise 10 mbar kann durch den lose aufliegenden Deckel Luft aus den Unterdruckbehältern entweichen. Sobald der Kessel belüftet wird dichtet der Deckel gegen die Gummidichtung ab, sodaß der Unterdruckbehälter evakuiert bleibt. Erst kurz vor der Entnahme der gekühlten Ringträger wird der Unterdruckbehälter über ein Ventil belüftet und es werden die Ringträger nach der Entnahme sobald wie möglich in das Alfinbad getaucht, um ein Rückströmen von Luft in die undichten Ringträger zu vermeiden.
  • Die evakuierbaren Unterdruckbehälter können durch Verwendung von handelsüblichen abgelängten Plastikrohren ausreichender Materialstärke und maßgedrehten Kunststoffdeckeln, die mit O-Ringdichtungen versehen sind, wirtschaftlich hergestellt werden. Im Kunststoffdeckel kann das Belüftungsventil vorgesehen sein.

Claims (3)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Kolbens mit einem gekühlten Ringträger (1), bestehend aus einem Ringträgerteil (2) und einem mit diesem verbundenen Blechteil (3), das im Kolben in Verbindung mit dem Ringträgerteil (2) einen Kühlkanal (4) bildet, wobei der gekühlte Ringträger (1) vor dem Umgießen mit dem Kolbenwerkstoff in einer Schmelze auf Aluminiumbasis alfiniert wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der gekühlte Ringträger (1) nach dem Verbinden von Ringträgerteil (2) und Blechteil (3) in einem evakuierbaren Unterdruckbehälter mit Unterdruck beaufschlagt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der gekühlte Ringträger (1) nach der Entnahme aus dem Unterdruckbehälter vakuumverpackt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der gekühlte Ringträger (1) erst kurz vor dem Eintauchen in das Alfinbad aus dem evakuierbaren Unterdruckbehälter entnommen wird.
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