WO2016192864A1 - Kolben für einen zylinder einer brennkraftmaschine - Google Patents

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WO2016192864A1
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WO
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piston
protective coating
circumferential groove
piston body
μιτι
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Stephan Körner
Reinhard Rose
Andreas HAMMEN
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Mahle International GmbH
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F3/10—Pistons  having surface coverings

Definitions

  • the invention relates to a piston for a cylinder of an internal combustion engine and an internal combustion engine with such a piston. Furthermore, the invention relates to a method for producing such a piston.
  • Pistons used in the cylinders of an internal combustion engine are exposed to considerable mechanical and thermal stresses during operation of the internal combustion engine. This is especially true for pistons of a piston material with low weight such as aluminum, as it is used for weight reasons in piston bodies of modern internal combustion engines.
  • those areas of the piston surface on which are mounted in a known manner sealing rings for sealing the combustion chamber against the environment of the cylinder are subject to considerable thermal and mechanical loads. These are caused by strong temperature variations in the combustion chamber and by strong relative movements of the sealing rings relative to the piston formed on the circumferential grooves in the piston groove during operation of the internal combustion engine. These effects can lead to significant damage to the surface of the piston during long-term operation of the internal combustion engine.
  • the basic idea of the invention is accordingly to provide the surface of the piston with a protective coating, at least in the region of a circumferential groove provided on the circumferential side of the piston, which serves to receive a sealing ring, the layer material of which additionally contains tungsten in addition to nickel phosphorus.
  • a protective coating at least in the region of a circumferential groove provided on the circumferential side of the piston, which serves to receive a sealing ring, the layer material of which additionally contains tungsten in addition to nickel phosphorus.
  • the addition of tungsten to the sheet material can significantly increase its hardness over conventional nickel-phosphorus based protective coatings without tungsten. This leads to an improved wear resistance of the piston during long-term operation in an internal combustion engine.
  • An inventive piston for a cylinder of an internal combustion engine comprises a piston body. On the peripheral side of the piston body, at least one circumferential groove is formed for receiving a piston ring. According to the invention, a protective coating is present in the region of the at least one circumferential groove on the peripheral side of the piston body, the coating material of which comprises nickel-phosphorus and tungsten.
  • the protective coating extends over the entire surface of the circumferential groove. In this way it can be ensured that the entire region of the circumferential groove, which in operation in an internal combustion engine mechanically comes into contact with a sealing ring moving relative to the piston, has an increased resistance to mechanical wear.
  • An increased sealing effect with the aid of sealing rings can be achieved if at least two circumferentially spaced circumferential grooves, each for receiving a sealing ring, are arranged on the circumferential side of the piston body.
  • these at least two circumferential grooves has at least one circumferential groove a protective coating described above, which also has tungsten in addition to nickel-phosphorus.
  • all circumferential grooves present on the piston have the protective coating essential to the invention. In this way, the desired improved sealing resistance in the region of all circumferential grooves can be ensured.
  • a particularly high wear resistance of the piston surface of the piston body beyond the particularly critical region of the circumferential grooves can be achieved if the protective coating extends in a longitudinal section along an axial direction of the piston body on both sides beyond the edge of the at least one circumferential groove.
  • the Schichtmatenal between 1 wt .-% and 12 wt .-% tungsten on. In this way, the increase in hardness of the protective coating needed to achieve the improved wear resistance over conventional coatings without tungsten can be ensured.
  • a high resistance to operational wear can also be achieved by the protective coating is provided according to an advantageous embodiment of the invention with a hardness between 500 HV and 600 HV.
  • a particularly high resistance to wear can be achieved by means of the protective coating, if the layer material has a hardness between 600 HV and 1000 HV.
  • Said hardness values are preferably achieved by means of a heat treatment of the piston body, in which the protective coating is heated to a temperature between 130 ° C and 220 ° C for a predetermined period of time for the purpose of curing.
  • a particularly good sealing effect by means of a sealing ring arranged in the circumferential groove can be achieved if the surface roughness R a of the protective coating has a value between 0.1 ⁇ m and 0.4 ⁇ m.
  • the protective coating has a layer thickness between 3 ⁇ and 18 ⁇ , preferably between 8 ⁇ and 15 ⁇ .
  • the piston material of the piston body may be made of aluminum.
  • the piston material in addition to aluminum further components, in particular to form an aluminum alloy having. This allows, in conjunction with the protective coating essential to the invention, the realization of a piston with a particularly low weight, without resulting in a reduction of the wear resistance of the piston.
  • the piston body has, in the region of the at least one circumferential groove, a material structure changed by means of laser deposition welding.
  • the material structure of the at least one circumferential groove can be processed by applying laser deposition welding before the protective coating is applied.
  • laser cladding metal powder is introduced layer by layer into that surface region of the piston body in which at least one circumferential groove is to be produced, and melted by irradiation by means of laser radiation.
  • the material hardness is increased in the groove bottom of the still to be generated circumferential groove.
  • the at least one circumferential groove is thus generated in the subsequent laser deposition welding.
  • electroless protective coating can be applied.
  • an undesirable deflection of the circumferential groove can be avoided.
  • the modified material structure comprises a metal melted by laser deposition welding and containing a metal. tendes powder.
  • the conversion of the material structure thus takes place in this variant by providing and melting a powder in the piston body.
  • this powder may contain aluminum and / or silicon and / or copper.
  • the originally existing in the groove bottom aluminum of the piston body can be replaced. The more aluminum is replaced, the stronger the gain in additional material hardness.
  • the powder comprises AM 2Si and additionally contains 30 vol. % to vol. 60% pure silicon.
  • AI12Si, Al12Si with silicon carbide, Al12Si with a nickel content of 20-30 vol% and AI12Si with a content of 30 vol. % to 60 vol.% Silicon has particularly good hardness properties.
  • the material structure treated by means of laser deposition welding starting from the surface of the circumferential groove, has a material depth between 1 mm and 10 mm. Laser deposition welding can be used particularly effectively in this depth range.
  • the hardness achieved by remelting of the material structure particularly preferably has a value between 130 HV0.1 to 260 HV0.1.
  • the invention further relates to an internal combustion engine with at least one cylinder a combustion chamber partially limiting.
  • a peripheral side of the combustion chamber with a cylindrical geometry is additionally delimited by a hollow cylindrical cylinder liner.
  • a previously presented piston is arranged, which is linearly adjustable in the combustion chamber along its axial direction.
  • a sealing ring is arranged in the at least one circumferential groove formed on the piston body of the piston. Said sealing ring is supported radially inward on the protective coating of the piston body and radially outside on the inside of the cylinder liner.
  • the piston limits the combustion chamber in the axial direction.
  • the piston has at least two, preferably three, in the axial direction in spaced-apart circumferential grooves.
  • the protection coating essential to the invention is provided at least in the axially adjacent to the combustion chamber, ie adjacent circumferential groove. In this way, a particularly high wear resistance can be achieved.
  • the invention further relates to a method for producing a piston, in particular of the previously presented piston.
  • a first method step a) on a peripheral side of a piston body at least one circumferential groove is introduced into the piston body, which is designed to receive a piston ring.
  • a protective coating on the peripheral side is applied at least in the region of the at least one circumferential groove, the layer material of which comprises nickel-phosphorus and tungsten.
  • a further method step bO) is carried out prior to method step b), according to which a metal-containing powder is introduced by means of laser deposition welding at least into that surface region of the circumferential side of the piston body, in which subsequently the circumferential grooves are produced.
  • Laser deposition welding is also known to the person skilled in the art by the term "laser cladding".
  • the metal-containing powder preferably in layers, is applied to the piston body and melted by irradiation with the aid of a laser.
  • the material hardness in that region of the piston body in which the at least one circumferential groove is subsequently produced is significantly increased compared with the regions of the piston body which are complementary thereto.
  • the protective coating essential to the invention is applied to the at least one peripheral groove. In this way, an undesired deflection of the circumferential groove can be prevented.
  • the powder may contain aluminum and / or silicon and / or copper.
  • the aluminum originally present in the groove base can be replaced. The more aluminum is replaced, the stronger the gain in additional material hardness.
  • the powder comprises Al12Si and additionally contains 30 vol. % to vol. 60% pure silicon.
  • AI12Si, Al12Si with silicon carbide, Al12Si with a nickel content of 20-30 vol% and AI12Si with a content of 30 vol. % to 60 vol.% Silicon has particularly good hardness properties.
  • FIG. 1 shows an example of a piston 1 according to the invention in a partial view
  • Fig. 2 is a detailed view of the piston of Figure 1 in the region of an am
  • Piston body of the piston formed circumferential groove
  • Fig. 3 shows the piston of Figure 1 in a cylinder of an internal combustion engine.
  • FIG. 1 shows an example of a piston 1 according to the invention in a partial representation.
  • This comprises a piston body 2 with a substantially cylindrical geometry, on whose peripheral side 3 at a distance from each other three personnelsnu- 4a, 4b, 4c, each for receiving a piston ring (not shown in Figure 1) are formed.
  • the piston material of the piston body 2 comprises aluminum or consists of aluminum.
  • a metal-containing powder can be introduced at least into that surface region of the peripheral side 3 of the piston body 2, in which subsequently the circumferential grooves 4a, 4b, 4c be witnesses.
  • the metallic powder preferably in layers, is applied to the piston body 2 and is melted by irradiation with laser radiation, that is to say using a laser light source.
  • the material hardness in that region of the piston body 2 in which the three circumferential grooves 4a, 4b, 4c are subsequently milled, or rotated, is significantly increased in relation to the regions of the piston body 2 complementary thereto. Only then is the protective coating with tungsten and nickel-phosphorus applied as layer material on the circumferential grooves 4a, 4b, 4c. In this way, an undesired deflection of the circumferential grooves 4a, 4b, 4c can be prevented.
  • the powder used in laser deposition welding may preferably contain aluminum and / or silicon and / or copper. Depending on which material is used in the powder for laser cladding, the aluminum originally present in the groove base can be replaced.
  • the powder comprises AM 2Si and additionally contains 30 vol. % to vol. 60% pure silicon.
  • AI12Si, Al12Si with silicon carbide, Al12Si with a nickel content of 20-30 vol% and AI12Si with a content of 30 vol. % to 60 vol.% Silicon has particularly good hardness properties.
  • FIG. 1 shows the cylindrical piston body 2 of the piston 1 in one
  • the layer material nickel-phosphorus and tungsten includes.
  • the layer material preferably contains between 1 wt.% And 12 wt.% Tungsten.
  • the protective coating 5 can be applied, for example, by immersing the piston body 2 in an aqueous solution of nickel-phosphorus and tungsten on the circumferential side 3 of the piston body 2, areas outside the circumferential grooves 4a, 4b, 4c which are not provided with the protective coating 5 be masked by masking or masking or otherwise.
  • a protective coating 5 with a layer thickness between 3 ⁇ and 18 ⁇ , preferably between 8 ⁇ and 15 ⁇ , on the peripheral side 3 of the piston body 2 apply , After removal of the piston body 2 from the aqueous solution said masking - if any - can be removed again from the piston body 2.
  • the protective coating 5 according to the invention can be applied particularly uniformly to the piston body 2 with the aid of the above-described immersion in an aqueous solution of nickel-phosphorus and tungsten, the protective coating 5 has a surface roughness R a which is reduced compared to conventional protective coatings without addition of tungsten 0.1 ⁇ and 0.4 ⁇ on.
  • the protective coating 5 has a hardness of between 500 HV and 600 HV, the value of which is significantly higher than that of conventional protective coatings without tungsten.
  • a particularly high hardness of the protective coating 5 between 600 HV and 1000 HV can be achieved if the protective coating 5 is subjected to a heat treatment after application to the piston body 2, wherein the protective coating 5 for the purpose of curing to a temperature between 130 ° C and 220 ° C is heated.
  • FIG. 2 shows the piston body 2 of FIG. 1 in an enlarged view in the area of the circumferential groove 4a.
  • the protective coating 5 extends over the entire surface 6 of the circumferential groove 4a.
  • the two circumferential grooves 4b, 4c of FIG. 1, not shown in FIG. 2 can also be formed.
  • all circumferential grooves 4a, 4b, 4c present on the piston body 2 are equipped with the protective coating 5 essential to the invention.
  • the existing circumferential grooves 4a, 4b, 4c are provided with the protective coating 5 of nickel-phosphorus and tungsten.
  • the circumferential groove 4 a which has the smallest distance to all of the existing circumferential grooves 4 a, 4 b, 4 c to the combustion chamber of an internal combustion engine axially bounded by the piston 1, preferably equipped with the protective coating 5, since this circumferential groove in the operation of the internal combustion engine among all existing Circumferential grooves 4a, 4b, 4c is exposed to the highest mechanical and thermal loads.
  • the protective coating 5 can extend in the longitudinal section along the axial direction A of the piston body 2 on both sides beyond the edge 7 of the circumferential groove 4a to form an arranged outside the circumferential groove 4a edge portion 8.
  • FIG. 3 shows the use of the previously explained piston 1 in an internal combustion engine 10, which is shown only schematically and greatly simplified in FIG.
  • the internal combustion engine 10 comprises a cylinder 1 1, which partially defines a substantially cylindrical combustion chamber 12.
  • the peripheral side of the combustion chamber 12 is reinforced and limited in a known manner by a hollow cylindrical cylinder liner 13.
  • the piston 1 explained above with reference to FIG. 1 is arranged to be linearly adjustable along the axial direction A in the combustion chamber 12. Said axial adjustability of the piston 1 is indicated in Figure 3 by a designated double arrow.
  • each of the three circumferential grooves 4a, 4b, 4c which are arranged in the axial direction A at a distance from one another and in each case have an invented have essential protective coating 5, a respective sealing ring 9a, 9b, 9c arranged.
  • Each of the three sealing rings 9a, 9b, 9c is supported radially inwardly on the protective coating 5 of the piston body 2 and radially on the outside on an inner side 14 of the cylinder liner 13.
  • the sealing rings 9a, 9b, 9c seal the combustion chamber 12 to the outside, against the external environment of the cylinder 11.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kolben (1) für einen Zylinder (11) einer Brennkraftmaschine (10), - mit einem Kolbenkörper (2), auf dessen Umfangsseite (3) wenigstens eine Umfangsnut (4a, 4b, 4c) zur Aufnahme eines Kolbenrings ausgebildet ist, - mit einer wenigstens im Bereich der wenigstens einen Umfangsnut (4a, 4b, 4c) auf der Umfangsseite (3) vorhandenen Schutzbeschichtung (5), deren Schichtmaterial Nickel-Phosphor und Wolfram umfasst.

Description

Kolben für einen Zylinder einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft einen Kolben für einen Zylinder einer Brennkraftmaschine sowie eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Kolben. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kolbens.
In den Zylindern einer Brennkraftmaschine verwendete Kolben sind im Betrieb der Brennkraftmaschine erheblichen mechanischen und thermischen Belastungen ausgesetzt. Dies gilt insbesondere für Kolben aus einem Kolbenmaterial mit geringem Eigengewicht wie beispielsweise Aluminium, wie es aus Gewichtsgründen in Kolbenkörpern moderner Brennkraftmaschinen eingesetzt wird. Gerade diejenigen Bereiche der Kolbenoberfläche, an welchen in bekannter Weise Dichtungsringe zum Abdichten des Brennraums gegen die Umgebung des Zylinders gelagert sind, unterliegen jedoch erheblichen thermischen und mechanischen Belastungen. Diese werden durch starke Temperaturvariationen im Brennraum und durch starke Relativbewegungen der Dichtungsringe relativ zu den am Kolben ausgebildeten Umfangsnuten in der Kolbennut im Betrieb der Brennkraftmaschine hervorgerufen. Diese Effekte können im Langzeitbetrieb der Brennkraftmaschine zu einer erheblichen Schädigung der Oberfläche des Kolbens führen.
Aus dem Stand der Technik ist es daher bekannt, den Bereich der Kolbenoberfläche, welcher mechanisch mit besagten Dichtungsringen in Kontakt steht - typischerweise handelt es sich dabei um auf der Umfangsseite des Kolbens vorgesehene Umfangsnuten - mit einer Schutzbeschichtung zu versehen, welche die Verschleißbeständigkeit des Kolbenmaterials erhöht. Ein derartiger Kolben mit einer Schutzbeschichtung aus einer Nickel-Phosphor-Legierung ist beispielsweise aus der JP 1 1 -072042-A bekannt. Als nachteilig bei derartigen Kolben mit einer Schutzbeschichtung auf Nickel- Phosphor-Basis erweist sich jedoch deren für einen Langzeitbetrieb in einer Brennkraftmaschine oftmals immer noch nicht zufriedenstellende Schutzwirkung.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ausführungsform für einen Kolben zu schaffen, der sich insbesondere durch eine gegenüber herkömmlichen Kolben mit Schutzbeschichtung eine nochmals verbesserte Verschleißbeständigkeit auszeichnet.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche.
Grundgedanke der Erfindung ist demnach, die Oberfläche des Kolbens zumindest im Bereich einer auf der Umfangseite des Kolbens vorgesehenen Umfangsnut, die zur Aufnahme eines Dichtungsrings dient, mit einer Schutzbeschichtung auszustatten, deren Schichtmaterial neben Nickel-Phosphor zusätzlich Wolfram enthält. Durch die Hinzufügung von Wolfram zum Schichtmaterial kann dessen Härte gegenüber herkömmlichen Schutzbeschichtungen auf Nickel-Phosphor-Basis ohne Wolfram signifikant erhöht werden. Dies führt zu einer verbesserten Verschleißbeständigkeit des Kolbens im Langzeitbetrieb in einer Brennkraftmaschine. Insbesondere kann mit Hilfe der erfindungswesentlichen Schutzbeschichtung ein unerwünschtes lokales Verschweißen und anschließendes Wiederaufbrechen des Dichtungsrings mit dem Material des Kolbens - dieser Effekt ist dem einschlägigen Fachmann als sogenanntes„Microwelding" bekannt -gut unterdrückt werden. Im Ergebnis kann die Lebensdauer des hier vorgestellten, erfindungsgemäßen Kolbens durch Verwendung einer Schutzbeschichtung mit Nickel, Phosphor und Wolfram gegenüber herkömmlichen Kolben signifikant erhöht werden. Ein erfindungsgemäßer Kolben für einen Zylinder einer Brennkraftmaschine um- fasst einen Kolbenkörper. Auf der Umfangsseite des Kolbenkörpers ist wenigstens eine Umfangsnut zur Aufnahme eines Kolbenrings ausgebildet. Erfindungsgemäß ist im Bereich der wenigstens einen Umfangsnut auf der Umfangsseite des Kolbenkörpers eine Schutzbeschichtung vorhanden, deren Schichtmaterial Nickel-Phosphor und Wolfram umfasst.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich die Schutzbeschichtung über die gesamte Oberfläche der Umfangsnut hinweg. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass der gesamte Bereich der Umfangsnut, welcher im Betrieb in einer Brennkraftmaschine mechanisch mit einem sich relativ zum Kolben bewegenden Dichtungsring in Kontakt gelangt, eine erhöhte Beständigkeit gegenüber mechanischem Verschleiß aufweist.
Eine erhöhte Dichtungswirkung mit Hilfe von Dichtungsringen kann erzielt werden, wenn auf der Umfangseite des Kolbenkörpers wenigstens zwei im Abstand zueinander angeordnete Umfangsnuten, jeweils zur Aufnahme eines Dichtungsrings, angeordnet sind. Von diesen wenigstens zwei Umfangsnuten besitzt wenigstens eine Umfangsnut eine oben beschriebene Schutzbeschichtung, die neben Nickel-Phosphor auch Wolfram aufweist. Vorzugsweise weisen alle am Kolben vorhandenen Umfangsnuten die erfindungswesentliche Schutzbeschichtung auf. Auf diese Weise kann die gewünschte verbesserte Verschließbeständigkeit im Bereich aller Umfangsnuten sichergestellt werden.
Eine besonders hohe Verschleißbeständigkeit der Kolbenoberfläche des Kolbenkörper über den besonders kritischen Bereich der Umfangsnuten hinaus lässt sich erzielen, wenn sich die Schutzbeschichtung in einem Längsschnitt entlang einer axialen Richtung des Kolbenkörpers beidseitig über den Rand der wenigstens einen Umfangsnut hinaus erstreckt. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist das Schichtmatenal zwischen 1 Gew.-% und 12 Gew.-% Wolfram auf. Auf diese Weise kann die zur Erzielung der verbesserten Verschleißbeständigkeit benötigte Erhöhung der Härte der Schutzbeschichtung gegenüber herkömmlichen Beschichtungen ohne Wolfram gewährleistet werden.
Eine hohe Beständigkeit gegen betriebsbedingten Verschleiß lässt sich auch erreichen, indem die Schutzbeschichtung gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung mit einer Härte zwischen 500 HV und 600 HV versehen wird.
Eine besonders hohe Verschleißbeständigkeit lässt sich mittels der Schutzbeschichtung erzielen, wenn deren Schichtmaterial eine Härte zwischen 600 HV und 1000 HV aufweist. Besagte Härtewerte werden dabei bevorzugt mit Hilfe einer Wärmebehandlung des Kolbenkörpers erzielt, bei welcher die Schutzbeschichtung für einen vorbestimmten Zeitraum zum Zwecke der Aushärtung auf eine Temperatur zwischen 130°C und 220°C erhitzt wird.
Experimentelle Untersuchungen haben dabei gezeigt, dass sich die gewünschte Härte zwischen 600 HV und 1000 HV besonders zuverlässig erzeugen lässt, wenn der vorbestimmte Zeitraum für die Dauer der Wärmebehandlung zwischen eineinhalb und sechs Stunden beträgt.
Eine besonders gute Dichtwirkung mittels eines in der Umfangsnut angeordneten Dichtrings lässt sich erzielen, wenn die Oberflächenrauigkeit Ra der Schutzbeschichtung einen Wert zwischen 0,1 μιτι und 0,4 μιτι aufweist.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besitzt die Schutzbeschichtung eine Schichtdicke zwischen 3 μιτι und 18 μιτι, vorzugsweise zwischen 8 μιτι und 15 μηη. Mit Hilfe einer Schutzbeschichtung mit einer Schichtdicke im vorangehend genannten Wertebereich kann ein besonders guter Schutz des Materials des Kolbenkörpers gegen ein sogenanntes„Microwelding" im Betrieb des Kolbens erzielt werden.
Besonders zweckmäßig kann das Kolbenmaterial des Kolbenkörpers aus Aluminium bestehen. Alternativ dazu kann das Kolbenmaterial neben Aluminium weitere Bestandteile, insbesondere zur Bildung einer Aluminium-Legierung, aufweisen. Dies erlaubt in Verbindung mit der erfindungswesentlichen Schutzbeschichtung die Realisierung eines Kolbens mit besonders geringem Eigengewicht, ohne dass damit eine Minderung der Verschleißbeständigkeit des Kolbens einherginge.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform besitzt der Kolbenkörper im Bereich der wenigstens einen Umfangsnut ein mittels Laserauftragschweißen geändertes Ma- terialgefüge. Hierzu kann das Materialgefüge der wenigstens einen Umfangsnut vor dem Auftragen der Schutzbeschichtung mittels Laserauftragschweißen bearbeitet werden. Beim Laserauftragschweißen wird schichtweise Metallpulver in denjenigen Oberflächenbereich des Kolbenkörpers eingebracht, in welchem wenigstens eine Umfangsnut erzeugt werden soll, und durch Bestrahlung mittels Laserstrahlung aufgeschmolzen. Dadurch wird die Materialhärte im Nutengrund der noch zu erzeugenden Umfangsnut erhöht. Die wenigstens eine Umfangsnut wird also im Nachgang zum Laserauftragschweißen erzeugt. Danach kann die vorangehend bereits beschriebene, stromlose Schutzbeschichtung aufgebracht werden. Somit kann ein unerwünschtes Ausschlagen der Umfangsnut vermieden werden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das geänderte Materialgefüge ein mittels Laserauftragsschweißens geschmolzenes, ein Metall enthal- tendes Pulver. Die Umwandlung des Materialgefüges erfolgt also bei dieser Variante durch Bereitstellen und Einschmelzen eines Pulvers in den Kolbenkörper.
Zweckmäßig kann dieses Pulver Aluminium und/oder Silizium und/oder Kupfer enthalten. Je nachdem, welches Material im Pulver für das Laserauftragschweißen verwendet wird, kann das ursprünglich im Nutengrund vorhandene Aluminium des Kolbenkörpers ersetzt werden. Je mehr Aluminium ersetzt wird, desto stärker ist der Gewinn an zusätzlicher Materialhärte.
Besonders bevorzugt umfasst das Pulver AM 2Si und enthält zusätzlich 30 vol. % bis vol. 60% reines Silizium. Experimentelle Untersuchungen haben gezeigt, dass sich als Pulver bzw. Pulvermischung AI12Si, AI12Si mit Silizium-Karbid, AI12Si mit einem Nickel-Gehalt von 20-30 vol-% sowie AI12Si mit einem Gehalt von 30 vol. % bis 60 vol.% Silizium besonders gute Härteeigenschaften besitzt.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung besitzt das mittels Laserauftragschweißen behandelte Materialgefüge ausgehend von der Oberfläche der Umfangsnut eine Materialtiefe zwischen 1 mm und 10mm. In diesem Tiefenbereich lässt sich das Laserauftragschweißen besonders wirksam einsetzten.
Besonders bevorzugt weist die mittels Umschmelzung des Materialgefüges erzielte Härte nach Vickers einen Wert zwischen 130 HV0,1 bis 260 HV0,1 auf.
Die Erfindung betrifft ferner eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einem einen Brennraum teilweise begrenzenden Zylinder. Eine Umfangsseite des Brennraums mit zylindrischer Geometrie ist zusätzlich durch eine hohlzylindrische Zylinderlaufbuchse begrenzt. Im Brennraum ist ein vorangehend vorgestellter Kolben angeordnet, der im Brennraum entlang seiner axialen Richtung linear verstellbar ist. In der wenigstens einen am Kolbenkörper des Kolbens ausgebildeten Umfangsnut ist ein Dichtungsring angeordnet. Besagter Dichtungsring stützt sich radial innen an der Schutzbeschichtung des Kolbenkörpers und radial außen an der Innenseite der Zylinderlaufbuchse ab.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform begrenzt der Kolben den Brennraum in der axialen Richtung. Der Kolben weist wenigstens zwei, vorzugsweise drei, in der axialen Richtung im Abstand zueinander angeordnete Umfangsnuten auf. In dieser Variante ist wenigstens in der axial dem Brennraum am nächsten gelegenen, also benachbarten Umfangsnut die erfindungswesentliche Schutzbeschichtung vorgesehen. Auf diese Weise lässt sich eine besonders hohe Verschleißbeständigkeit erreichen.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbens, insbesondere des vorangehend vorgestellten Kolbens. In einem ersten Verfahrensschritt a) wird auf einer Umfangsseite eines Kolbenkörpers wenigstens eine Umfangsnut in den Kolbenkörper eingebracht, die zur Aufnahme eines Kolbenrings ausgebildet ist. In einem zweiten Verfahrensschritt b) wird wenigstens im Bereich der wenigstens einen Umfangsnut eine Schutzbeschichtung auf der Umfangsseite aufgebracht, deren Schichtmaterial Nickel-Phosphor und Wolfram umfasst.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird vor dem Verfahrensschritt b) ein weiterer Verfahrensschritt bO) durchgeführt, gemäß welchem ein ein Metall enthaltendes Pulver mittels Laserauftragschweißens wenigstens in denjenigen Oberflächenbereich der Umfangsseite des Kolbenkörpers eingebracht wird, in welchen nachfolgend die Umfangsnuten erzeugt werden.
Das Laserauftragschweißen ist dem Fachmann dabei auch unter dem Begriff "Laser Cladding" bekannt. Beim Laserauftragschweißen wird das Metall enthaltende Pulver, vorzugsweise schichtweise, auf den Kolbenkörper aufgebracht und durch Bestrahlung mit Hilfe eines Lasers aufgeschmolzen. Dies führt dazu, dass die Materialhärte in demjenigen Bereich des Kolbenkörpers, in welchem im Nachgang die wenigstens eine Umfangsnut erzeugt wird, gegenüber den dazu komplementären Bereichen des Kolbenkörper signifikant erhöht ist. Nach dem Erzeugen der wenigstens einen Umfangsnut in dem mittels Laserauftragschweißen behandelten Bereich des Kolbenkörpers wird die erfindungswesentliche Schutzbeschichtung auf die wenigstens eine Umfangsnut aufgebracht. Auf diese Weise kann ein unerwünschtes Ausschlagen der Umfangsnut verhindert werden.
Zweckmäßig kann das Pulver Aluminium und/oder Silizium und/oder Kupfer enthalten. Je nachdem, welches Material im Pulver für das Laserauftragschweißen verwendet wird, kann das ursprünglich im Nutengrund vorhandene Aluminium ersetzt werden. Je mehr Aluminium ersetzt wird, desto stärker ist der Gewinn an zusätzlicher Materialhärte.
Besonders bevorzugt umfasst das Pulver A112Si und enthält zusätzlich 30 vol. % bis vol. 60% reines Silizium. Experimentelle Untersuchungen haben gezeigt, dass sich als Pulver bzw. Pulvermischung AI12Si, AI12Si mit Silizium-Karbid, AI12Si mit einem Nickel-Gehalt von 20-30 vol-% sowie AI12Si mit einem Gehalt von 30 vol. % bis 60 vol.% Silizium besonders gute Härteeigenschaften besitzt.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, son- dem auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen, jeweils schematisch,
Fig. 1 ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Kolbens 1 in einer Teildarstellung,
Fig. 2 eine Detaildarstellung des Kolbens der Figur 1 im Bereich einer am
Kolbenkörper des Kolbens ausgebildeten Umfangsnut,
Fig. 3 den Kolben der Figur 1 in einem Zylinder einer Brennkraftmaschine.
Figur 1 zeigt ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Kolbens 1 in einer Teildarstellung. Dieser umfasst einen Kolbenkörper 2 mit im Wesentlichen zylindrischer Geometrie, auf dessen Umfangsseite 3 im Abstand zueinander drei Umfangsnu- ten 4a, 4b, 4c, jeweils zur Aufnahme eines Kolbenrings (in Figur 1 nicht gezeigt) ausgebildet sind. Vorzugsweise weist das Kolbenmaterial des Kolbenkörpers 2 Aluminium auf oder besteht aus Aluminium.
Vor einem Einbringen der Umfangsnuten 4a, 4b, 4c in den Kolbenkörper, vorzugsweise mittels Drehen oder Fräsen, kann in einem zusätzlichen Verfahrensschritt mittels Laserauftragschweißens ein ein Metall enthaltendes Pulver wenigstens in denjenigen Oberflächenbereich der Umfangsseite 3 des Kolbenkörpers 2 eingebracht werden, in welchem anschließend die Umfangsnuten 4a, 4b, 4c er- zeugt werden. Beim Laserauftragschweißen wird das metallische Pulver, vorzugsweise schichtweise, auf den Kolbenkörper 2 aufgebracht und durch Bestrahlung mit Laserstrahlung, also unter Verwendung einer Laser-Lichtquelle, aufgeschmolzen. Dies führt dazu, dass die Material härte in demjenigen Bereich des Kolbenkörpers 2, in welchen im Nachgang die drei Umfangsnuten 4a, 4b, 4c ge- fräst,oder gedreht werden, gegenüber den dazu komplementären Bereichen des Kolbenkörpers 2 signifikant erhöht ist. Erst danach wird die Schutzbeschichtung mit Wolfram und Nickel-Phosphor als Schichtmaterial auf die Umfangsnuten 4a, 4b, 4c aufgebracht. Auf diese Weise kann ein unerwünschtes Ausschlagen der Umfangsnuten 4a, 4b, 4c verhindert werden. Das beim Laserauftragschweißen verwendete Pulver kann bevorzugt Aluminium und/oder Silizium und/oder Kupfer enthalten. Je nachdem, welches Material im Pulver für das Laserauftragschweißen verwendet wird, kann das ursprünglich im Nutengrund vorhandene Aluminium ersetzt werden. Je mehr Aluminium ersetzt wird, desto stärker ist der Gewinn an zusätzlicher Materialhärte. Besonders bevorzugt umfasst das Pulver AM 2Si und enthält zusätzlich 30 vol. % bis vol. 60% reines Silizium. Experimentelle Untersuchungen haben gezeigt, dass sich als Pulver bzw. Pulvermischung AI12Si, AI12Si mit Silizium-Karbid, AI12Si mit einem Nickel-Gehalt von 20-30 vol-% sowie AI12Si mit einem Gehalt von 30 vol. % bis 60 vol.% Silizium besonders gute Härteeigenschaften besitzt.
Die Figur 1 zeigt den zylindrischen Kolbenkörper 2 des Kolbens 1 in einem
Längsschnitt entlang seiner axialen Richtung A. Im Bereich der drei Umfangsnuten 4a, 4b, 4c, deren Materialhärte wie vorangehend beschrieben mittels Laserauftragsschweißen erhöht wurde, ist jeweils eine in Figur 1 nur schematisch angedeutete und stark vergrößert dargestellte Schutzbeschichtung 5 vorgesehen, deren Schichtmaterial Nickel-Phosphor und Wolfram umfasst. Das Schichtmaterial enthält dabei vorzugsweise zwischen 1 Gew. % und 12 Gew. % Wolfram. Die Schutzbeschichtung 5 kann beispielsweise durch Eintauchen des Kolbenkörpers 2 in eine wässrige Lösung aus Nickel-Phosphor und Wolfram auf der Um- fangsseite 3 des Kolbenkörpers 2 aufgebracht werden, wobei Bereiche außerhalb der Umfangsnuten 4a, 4b, 4c, die nicht mit der Schutzbeschichtung 5 ausgestattet werden sollen, durch Abkleben oder Abdecken oder auf andere geeignete Weise maskiert werden können. Durch Eintauchen des Kolbenkörpers 2 in besagte wässrige Lösung für eine vorbestimmte Zeitdauer - typischerweise für mehrere Minuten - lässt sich eine Schutzbeschichtung 5 mit einer Schichtdicke zwischen 3 μιτι und 18 μιτι, vorzugsweise zwischen 8 μιτι und 15 μιτι, auf der Umfangsseite 3 des Kolbenkörpers 2 aufbringen. Nach der Entnahme des Kolbenkörpers 2 aus der wässrigen Lösung kann besagte Maskierung - falls vorhanden - wieder vom Kolbenkörper 2 entfernt werden. Da die erfindungsgemäße Schutzbeschichtung 5 mit Hilfe des vorangehend beschriebenen Eintauchens in eine wässrige Lösung aus Nickel-Phosphor und Wolfram besonders gleichmäßig auf den Kolbenkörper 2 aufgebracht werden kann, weist die Schutzbeschichtung 5 eine gegenüber herkömmlichen Schutzbeschichtungen ohne Wolfram-Zusatz reduzierte Oberflächen- rauigkeit Ra zwischen 0,1 μιτι und 0,4 μιτι auf.
Ihre vorteilhafte Wirkung entfaltet die erfindungsgemäße Schutzbeschichtung in besonderem Maße bei Kolbenkörpern 2 aus Aluminium, in welchen auch Silizium enthalten ist. Da in diesem Fall besagtes Silizium auch auf der Oberfläche des Kolbenkörpers 2 vorhanden sein kann, lässt sich eine solche stromlose Nickel- Phosphor-Schicht mittels herkömmlichen Anodisierens der Oberfläche des Kolbenkörpers 2 zumindest im Bereich des Siliziums nicht erzeugen. Dies führt zu einer erhöhten Oberflächenrauigkeit der Schutzbeschichtung; im Extremfall wird überhaupt keine Schutzbeschichtung gebildet. Demgegenüber bewirkt das oben beschriebene Eintauchen des Kolbenkörpers 2 in eine wässrige Lösung aus Nickel-Phosphor und Wolfram ein gleichmäßiges Aufbringen der Schutzbeschich- tung 5. Dies gilt insbesondere im Bereich etwaig auf der Oberfläche des Kolbenkörpers 2 vorhandenen Siliziums.
Das in der Schutzbeschichtung 5 enthaltene Wolfram führt gegenüber herkömmlichen Schutzbeschichtungen 5 auf Nickel-Phosphor-Basis ohne Wolfram zu einer deutlich erhöhten Härte des Schichtmaterials, was eine erhebliche Verbesserung der Verschleißbeständigkeit der Schutzbeschichtung 5 und somit des gesamten Kolbenkörpers 2 im Betrieb in einer Brennkraftmaschine zur Folge hat. Im Beispielszenario besitzt die Schutzbeschichtung 5 eine Härte zwischen 500 HV und 600 HV, deren Wert deutlich erheblich über jenem herkömmlicher Schutzbeschichtungen ohne Wolfram liegt. Eine besonders hohe Härte der Schutzbeschichtung 5 zwischen 600 HV und 1000 HV lässt sich erzielen, wenn die Schutzbeschichtung 5 nach dem Aufbringen auf den Kolbenkörper 2 einer Wärmebehandlung unterzogen wird, bei welcher die Schutzbeschichtung 5 zum Zwecke der Aushärtung auf eine Temperatur zwischen 130°C und 220°C erhitzt wird.
Experimentelle Untersuchungen haben dabei gezeigt, dass sich die gewünschte Härte zwischen 600 HV und 1000 HV besonders zuverlässig erzeugen lässt, wenn die Dauer der Wärmebehandlung zwischen eineinhalb und sechs Stunden beträgt. Dabei gilt, dass mit zunehmender Temperatur die zur Erzielung derselben Härte erforderliche Dauer der Wärmebehandlung abnimmt.
Nun sei das Augenmerk auf die Darstellung der Figur 2 gerichtet: Die Figur 2 zeigt den Kolbenkörper 2 der Figur 1 in einer vergrößerten Darstellung im Bereich der Umfangsnut 4a. Man erkennt, dass die Schutzbeschichtung 5 sich über die gesamte Oberfläche 6 der Umfangsnut 4a hinweg erstreckt. In analoger Weise können auch die beiden in Figur 2 nicht dargestellten Umfangsnuten 4b, 4c der Figur 1 ausgebildet sein. Im Beispielszenario sind alle am Kolbenkörper 2 vorhandenen Umfangsnuten 4a, 4b, 4c mit der erfindungswesentlichen Schutzbeschichtung 5 ausgestattet. In einer vereinfachten Variante können - um die Her- Stellungskosten des Kolbens 1 zu reduzieren - auch nur einige, im Extremfall nur eine einzige, der vorhandenen Umfangsnuten 4a, 4b, 4c mit der Schutzbeschich- tung 5 aus Nickel-Phosphor und Wolfram versehen werden. In letzterem Fall wird bevorzugt diejenige Umfangsnut 4a, die von allen vorhandenen Umfangsnuten 4a, 4b, 4c den geringsten Abstand zu dem vom Kolben 1 axial begrenzten Brennraum einer Brennkraftmaschine besitzt, mit der Schutzbeschichtung 5 ausgestattet, da diese Umfangsnut im Betrieb der Brennkraftmaschine unter allen vorhandenen Umfangsnuten 4a, 4b, 4c den höchsten mechanischen und thermischen Belastungen ausgesetzt ist.
Wie die Darstellung der Figur 2 anschaulich belegt, kann sich die Schutzbeschichtung 5 in dem Längsschnitt entlang der axialen Richtung A des Kolbenkörpers 2 unter Ausbildung eines außerhalb der Umfangsnut 4a angeordneten Randabschnitts 8 beidseitig über den Rand 7 der Umfangsnut 4a hinaus erstrecken.
Die Figur 3 zeigt die Verwendung des vorangehend erläuterten Kolbens 1 in einer Brennkraftmaschine 10, die in Figur 3 nur schematisch und stark vereinfacht dargestellt ist. Im Beispiel der Figur 2 umfasst die Brennkraftmaschine 10 einen Zylinder 1 1 , der einen im Wesentlichen zylindrischen Brennraum 12 teilweise begrenzt. Die Umfangsseite des Brennraums 12 wird in bekannter Weise durch eine hohlzylindrische Zylinderlaufbuchse 13 verstärkt und begrenzt. Wie Figur 3 erkennen lässt, ist im Brennraum 12 der vorangehend anhand von Figur 1 erläuterte Kolben 1 entlang der axialen Richtung A linear verstellbar angeordnet. Besagte axiale Verstellbarkeit des Kolbens 1 ist in Figur 3 durch einen mit 14 bezeichneten Doppelpfeil angedeutet.
Entsprechend Figur 3 ist in jeder der drei Umfangsnuten 4a, 4b, 4c, die in der axialen Richtung A im Abstand zueinander angeordnet sind und jeweils eine erfin- dungswesentliche Schutzbeschichtung 5 aufweisen, ein jeweiliger Dichtungsring 9a, 9b, 9c angeordnet. Jeder der drei Dichtungsringe 9a, 9b, 9c stützt sich radial innen an der Schutzbeschichtung 5 des Kolbenkörpers 2 und radial außen an einer Innenseite 14 der Zylinderlaufbuchse 13 ab. Im Betrieb der Brennkraftmaschine dichten die Dichtungsringe 9a, 9b, 9c den Brennraum 12 nach außen, gegen die äußere Umgebung des Zylinders 1 1 ab. Im Betrieb der Brennkraftmaschine 10, bei welchem die Dichtungsringe 9a, 9b, 9c typischerweise eine Relativbewegung relativ zum Kolbenkörper 2 ausführen, führen diese Relativbewegungen bei herkömmlichen Kolben zu einem Verschleiß des Kolbenkörpers 2 im Bereich der Umfangsnuten 4a, 4b, 4c durch sogenanntes„Microwelding". Mittels der erfindungsgemäßen Schutzbeschichtung 5, die im Beispiel der Figur 3 in allen drei Umfangsnuten 4a, 4b, 4c vorgesehen ist, kann ein solches„Microwelding" des Kolbenkörpers 2 erheblich reduziert oder sogar vollständig vermieden werden.
In einer vereinfachten Variante des Beispiels der Figur 3 mit reduzierten Herstellungskosten kann nur eine einzige der drei Umfangsnuten 4a, 4b, 4c mit der Schutzbeschichtung 5 aus Nickel-Phosphor und Wolfram ausgestattet sein. In diesem Fall bietet es sich an, die dem Brennraum 12 axial am nächsten gelegene Umfangsnut 4a mit einer solchen Schutzbeschichtung 5 auszustatten, da diese - aufgrund ihrer Nähe zum Brennraum 12 - im Betrieb der Brennkraftmaschine 10 den höchsten thermischen und mechanischen Belastungen ausgesetzt ist. Daher sollte gerade diese Umfangsnut 4a eine besonders hohe Verschleißresistenz aufweisen.

Claims

Ansprüche
1 . Kolben (1 ) für einen Zylinder (1 1 ) einer Brennkraftmaschine (10),
mit einem Kolbenkörper (2), auf dessen Umfangsseite (3) wenigstens eine Umfangsnut (4a, 4b, 4c) zur Aufnahme eines Kolbenrings (9a, 9b, 9c) ausgebildet ist,
mit einer wenigstens im Bereich der wenigstens einen Umfangsnut (4a, 4b, 4c) auf der Umfangsseite (3) vorhandenen Schutzbeschichtung (5), deren Schichtmaterial Nickel-Phosphor und Wolfram umfasst.
2. Kolben nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schutzbeschichtung (5) sich über die gesamte Oberfläche der Umfangsnut (4a, 4b, 4c) hinweg erstreckt.
3. Kolben nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
auf der Umfangseite (3) wenigstens zwei im Abstand zueinander angeordnete Umfangsnuten (4a, 4b, 4c) vorhanden sind, von welchen wenigstens eine Umfangsnut (4a, 4b, 4c), vorzugsweise alle Umfangsnuten (4a, 4b, 4c), die Schutzbeschichtung (5) aufweist.
4. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass sich die Schutzbeschichtung (5) in einem Längsschnitt entlang einer axialen Richtung (A) des Kolbenkörpers (2) beidseitig über den Rand (7) der wenigstens einen Umfangsnut (4a, 4b, 4c) hinaus erstreckt.
5. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Schichtmaterial zwischen 1 Gew. % und 12 Gew. % Wolfram aufweist.
6. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schutzbeschichtung (5) eine Härte zwischen 500 HV und 600 HV aufweist.
7. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schutzbeschichtung (5) eine Härte zwischen 600 HV und 1000 HV aufweist und mittels einer Wärmebehandlung erzeugt ist, bei welcher die Schutzbeschichtung zum Aushärten für einen vorbestimmten Zeitraum auf eine Temperatur zwischen 130° und 220°C erhitzt wird.
8. Kolben nach einem Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
der vorbestimmte Zeitraum zwischen 1 ,5 Stunden und 6 Stunden beträgt.
9. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schutzbeschichtung (5) eine Oberflächenrauigkeit Ra zwischen 0,1 μιτι und 0,4 μιτι besitzt.
10. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schutzbeschichtung (5) eine Schichtdicke zwischen 3 μιτι und 18 μιτι, vorzugsweise zwischen 8 μιτι und 15 μιτι, aufweist.
1 1 . Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Kolbenmaterial des Kolbenkörper s (2) Aluminium umfasst oder ist.
12. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Kolbenkörper (2) im Bereich der wenigstens einen Umfangsnut (4a, 4b, 4c) ein mittels Laserauftragschweißen geändertes Materialgefüge aufweist.
13. Kolben nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
das geänderte Materialgefüge ein mittels Laserauftragsschweißens geschmolzenes, ein Metall enthaltendes Pulver umfasst.
14. Kolben nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Pulver Aluminium, Silizium und/oder Kupfer enthält.
15. Kolben nach Anspruch 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Pulver AM 2Si umfasst und zusätzlich 30 vol. % bis vol. 60% reines Silizium enthält.
16. Kolben nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass
das mittels Laserauftragschweißens behandelte Materialgefüge ausgehend von der Oberfläche der Umfangsnut (4a, 4b, 4c) eine Materialtiefe zwischen 1 mm und 10mm besitzt.
17. Kolben nach einem der Ansprüche 13 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Umschmelzung des Materialgefüges erzielte Härte nach Vickers einen Wert zwischen 130 HV0,1 bis 260HV0,1 aufweist.
18. Brennkraftmaschine (10),
mit wenigstens einem einen Brennraum (12) teilweise begrenzenden Zylinder (1 1 ), wobei die Umfangsseite des Brennraums (12) zusätzlich durch eine hohlzylindrische Zylinderlaufbuchse (13) begrenzt ist,
mit einem im Brennraum (12) entlang seiner axialer Richtung (A) linear verstellbar angeordneten Kolben (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei in der wenigstens einen Umfangsnut (4a, 4b, 4c) ein Dichtungsring (9a, 9b, 9c) angeordnet ist, der sich radial innen an der Schutzbeschichtung (5) des Kolbenkörpers (2) und radial außen an der Innenseite (14) der Zylinderlaufbuchse (13) abstützt.
19. Brennkraftmaschine nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Kolben (1 ) den Brennraum (12) in der axialen Richtung (A) begrenzt und wenigstens zwei, vorzugsweise drei, in der axialen Richtung (A) im Abstand zueinander angeordnete Umfangsnuten (4a, 4b, 4c) aufweist,
wobei wenigstens in der axial dem Brennraum (12) benachbarten Umfangsnut (4a) eine Schutzbeschichtung (5) vorgesehen ist.
20. Verfahren zur Herstellung eines Kolbens (1 ), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 17, umfassend die folgenden Schritte:
a) Einbringen wenigstens einer Umfangsnut (4a, 4b, 4c), die zur Aufnahme eines Kolbenrings (9a, 9b, 9c) ausgebildet ist, in eine Umfangsseite (3) eines Kolbenkörpers (2) des Kolbens (1 ),
b) Aufbringen einer Schutzbeschichtung (5), deren Schichtmaterial Nickel- Phosphor und Wolfram umfasst, auf der Umfangsseite (3) wenigstens im Bereich der wenigstens einen Umfangsnut (4a, 4b, 4c).
21 . Verfahren nach Anspruch 20,
gekennzeichnet durch folgenden, vor dem Verfahrensschritt a) durchgeführten Verfahrensschritt aO):
aO) Laserauftragschweißen eines ein Metall enthaltendes Pulvers wenigstens in denjenigen Oberflächenbereich des Kolbenkörpers (2), in welchem im nachfolgenden Schritt a) die wenigstens eine Umfangsnut (4a, 4b, 4c) eingebracht wird.
22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Material des Kolbenkörpers (2) Aluminium umfasst oder ist.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Pulver Aluminium, Silizium und/oder Kupfer enthält.
24. Verfahren nach Anspruch 23,
dadurch gekennzeichnet, dass das Pulver AM 2Si umfasst und zusätzlich 30 vol. % bis vol. 60% reines Silizium enthält.
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