DE10137436A1

DE10137436A1 - Voralfinieren von Eingußteilen

Info

Publication number: DE10137436A1
Application number: DE2001137436
Authority: DE
Inventors: Guenter Gerner; Wolfgang Henning
Original assignee: KS Kolbenschmidt GmbH
Current assignee: KS Kolbenschmidt GmbH
Priority date: 2001-07-31
Filing date: 2001-07-31
Publication date: 2003-02-27
Anticipated expiration: 2021-08-01
Also published as: DE10137436C2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbens einer Brennkraftmaschine sowie einen Kolben, bei dem zumindest ein Ringträger des Kolbens, an dem ggf. ein Kühlkanalblech angeordnet sein kann, vor dem Gießen mit einem Metallpulver beschichtet und kurzzeitig erhitzt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbens einer Brennkraftmaschine sowie einen Kolben gemäß den Merkmalen der Oberbegriffe der jeweiligen unabhängigen Patentansprüche.

Kolben für Brennkraftmaschinen mit zumindest einem in einem Kolbenboden des Kolbens angeordneten Ringträger sind bekannt. Diese Ringträger werden vor dem Gießen des Kolbens in eine Gießform eingelegt und während des Gießvorganges mit Gießschmelze umgeben, wobei nach dem Erstarren der Gießschmelze der Ringträger fest mit dieser verbunden ist. Anschließend erfolgt ein radial umlaufender Einstich in den Ringträger, in welchem ein Kompressionsring eingesetzt wird. Zur Erhöhung der Festigkeit der Verbindung zwischen der Gießschmelze und dem Ringträger ist es bekannt, den Ringträger vor dem Einsetzen zu alfinieren. Bei dieser Alfinierung wird der Ringträger in ein flüssiges, erhitztes Metallbad, insbesondere in eine flüssige Silumin-Legierung, eingetaucht. Diese Schicht, die sich durch das Eintauchen in das flüssige Metallbad ergibt, verbessert die Bindung zwischen dem Material des Ringträgers und der später einzufüllenden Gießschmelze. Bei diesem Verfahren hat sich jedoch herausgestellt, daß die Alfinschicht nicht immer und nicht zuverlässig an allen Stellen des Ringträgers haften bleibt, wofür insbesondere Verunreinigungen verantwortlich sind. Daher bedeutet es einen hohen Aufwand, diese Verunreinigungen zu beseitigen, um eine durchgehende Alfinschicht auf dem Ringträger nach dem Eintauchen in das Metallbad zu erzielen. Eine einwandfreie Beschichtung ist deshalb erforderlich, da die in diesem Bereich wirkenden Kräfte sehr hoch sind und daher eine zuverlässige Verbindung zwischen dem Ringträger und dem den Ringträger umgebenden Material erforderlich sind.

Weiterhin sind Kolben für Brennkraftmaschinen mit zumindest einem Ringträger bekannt, wobei an dem Ringträger ein Kühlkanalblech angeordnet ist, so daß ein in diesem Bereich radial umlaufender Kühlkanal entsteht, in welchem ein Kühlmedium (insbesondere Motoröl) zirkuliert, um den Kolbenboden zu kühlen. Hier ist es bekannt, daß der Ringträger und das Kühlkanalblech zwei einzelne Bauteile bilden, die durch Anschweißen des Kühlkanalblechs an dem Ringträger zu einem einzigen Bauteil vereinigt werden. Dieses Bauteil wird dann, wie weiter oben schon beschrieben, ebenfalls in ein flüssiges Metallbad getaucht, d. h. alfiniert. Hierbei ist allerdings Voraussetzung, daß die Verbindung zwischen dem Ringträger und dem Kühlkanalblech, insbesondere eine Schweißnaht, absolut dicht ist, da ansonsten bei dem nachfolgenden Gießvorgang das in dem Kühlkanal befindliche Gas erwärmt wird und austreten kann, wenn Undichtigkeiten vorhanden sind. Dies verhindert die Bildung einer Alfinschicht in der Umgebung der Undichtigkeit. Somit ist also eine absolute Dichtheit des Kühlkanales erforderlich, die zum einem nur aufwendig zu erzielen ist und in einem weiteren Arbeitsschritt überprüft werden muß.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbens einer Brennkraftmaschine sowie einen Kolben anzugeben, bei dem der zumindest eine Ringträger zuverlässig sich mit der Gießschmelze verbindet und weiterhin keine Probleme auftauchen, wenn an dem Ringträger ein Kühlkanalblech zur Herstellung eines Kühlkanales im Kolbenboden angeordnet ist.

Diese Aufgabe ist durch die Merkmale der jeweiligen unabhängigen Patentansprüche gelöst.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß der Ringträger vor dem Gießen des Kolbens mit einem Metallpulver beschichtet und erhitzt wird. Durch das Aufbringen eines Metallpulvers, das sich aus mehreren Bestandteilen zusammensetzen kann, und der nachfolgenden Erhitzung wird der Ringträger optimal mit einer Metallschicht überzogen, die die verbesserte Bindung zwischen dem Material des Ringträgers und dem Material der Gießschmelze bewirkt.

In Weiterbildung der Erfindung wird vor der Beschichtung des Ringträgers mit dem Metallpulver an dem Ringträger ein Kühlkanalblech angeordnet. Insbesondere durch eine Formpassung wird das Kühlkanalblech selbstständig an dem Ringträger gehalten, während auch eine zusätzliche Lagefixierung, z. B. durch einzelne Schweißpunkte, denkbar ist. Nach dem die Lage des Kühlkanalbleches zu dem Ringträger fixiert wurde, erfolgt die Beschichtung mit dem Metallpulver. Aufgrund der nachfolgenden Erhitzung dieses Bauteiles kommt es zu einem Schmelzen des Metallpulvers, wodurch die Stoßbereiche zwischen dem Ringträger und dem Kühlkanalblech absolut dichtend verschlossen werden. Ein wesentlicher und besonderer Vorteil liegt darin, daß durch die Erhitzung auch das sich in dem Kühlkanal befindliche Gas erhitzt und schon vor dem Eingießen des Ringträgers mit seinem Kühlkanalblech aus diesem Bereich entweichen kann, so daß während des Gießvorganges sich kein Gas mehr in dem Kühlkanal befindet, was entweichen und zu einer mangelhaften Alfinierung führen könnte. Somit wird durch die Beschichtung und die Erhitzung einerseits das Kühlkanalblech an dem Ringträger festgelegt und andererseits kann sich das in dem Kühlkanal befindliche Gas noch über das schmelzende Metallpulver aus dem Kühlkanal entweichen.

In Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Beschichtung im Flammspritzverfahren. Dies ist ein Verfahren zum Auftragen von Metallpulver auf Bauteile, das bei Kolben bisher nicht angewendet wurde und vorteilhaft das Metallpulver auf dem Ringträger bzw. dem Kühlkanalblech haften läßt.

In Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Erhitzung in einer HF-Spule. Aufgrund des durch eine Spule erzeugten hochfrequenten elektrischen Feldes wird der Ringträger mit seinem angeordneten Kühlkanalblech (oder auch nur der Ringträger alleine) erhitzt, insbesondere kurzzeitig erhitzt, so daß das Metallpulver schmelzen und eine Verbindung mit dem Ringträger (und ggf. dem Kühlkanalblech) eingehen kann. Außerdem können in einer solchen HF-Spule gleichzeitig mehrere Ringträger erwärmt werden, wobei auch die kurzzeitige Erwärmung gerade bei der Serienproduktion von Kolben von Vorteil ist.

In Weiterbildung der Erfindung wird zur Beschichtung Aluminiumpulver oder Nickelpulver oder auch ein Pulvergemisch verwendet, wobei auch Aluminium- oder Nickelbasislegierungen verwendet werden können, ggf. unter Beimischung zum Beispiel von Zinn, Zink, Kupfer oder dergleichen.

Erfindungsgemäß ist ein Kolben einer Brennkraftmaschine mit zumindest einem Ringträger und einem ggf. an dem Ringträger angeordneten Kühlkanalblech vorgesehen, bei dem der Ringträger vor dem Gießen mit einem Metallpulver beschichtet ist. Daraus ergibt sich in vorteilhafterweise nach dem Gießen des Kolbens eine optimale Verbindung zwischen dem Material des Ringträgers und der erstarrten Gießschmelze in dem im Ringfeldbereich stark beanspruchten Kolbenboden. Besonderer Vorteil ist auch hier, daß durch die Beschichtung von Ringträgern und daran angeordnetem Kühlkanalblech mit einem Metallpulver und dessen anschließender Erhitzung sich Gase, die sich in dem Kühlkanal befinden, während des Schmelzvorganges des Metallpulvers ausdehnen und den Kühlkanal verlassen können, während nach Erstarrung des geschmolzenen Metallpulvers das Kühlkanalblech dichtend und fest an dem Ringträger angeordnet ist. Danach kann das derart vorbereitete Bauteil für den weiteren Gießprozeß ohne aufwendige Dichtheitsprüfung verwendet werden. Außerdem ist dadurch sichergestellt, daß Gießschmelze nicht in den Kühlkanal eindringen kann, da dieser absolut dicht ist.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Kolbens einer Brennkraftmaschine, bei dem zumindest ein Ringträger des Kolbens vor dem Gießen des Kolbens in ein flüssiges Metallbad getaucht wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringträger vor dem Eintauchen in das Metallbad mit einem Metallpulver beschichtet und erhitzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Ringträger vor der Beschichtung ein Kühlkanalblech angeordnet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung im Flammspritzverfahren erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung in einer HF-Spule erfolgt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beschichtung als Metallpulver ein Aluminiumpulver verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beschichtung als Metallpulver ein Nickelpulver, ggf. zusätzlich zu dem Aluminiumpulver, verwendet wird.

7. Kolben einer Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch einen vor dem Gießen mit einem Metallpulver beschichteten Ringträger.

8. Kolben nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch ein an dem Ringträger angeordnetes Kühlkanalblech.