WO2000065104A1 - Verfahren zum härten von ringnuten mit laserstrahlen - Google Patents

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WO2000065104A1
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steel
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Michael Weis
Karl Pfeil
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Mahle Gmbh
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    • 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.

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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 .
PCT/DE2000/000919 1999-04-26 2000-03-21 Verfahren zum härten von ringnuten mit laserstrahlen WO2000065104A1 (de)

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