DE102012214910A1 - Kolben, Verfahren zur Herstellung eines Kolbens und Verwendung von metallinfiltrierter Keramik, bevorzugt Kohlenstoff-Aluminiumoxid, als Nutarmierung - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolben für einen Verbrennungsmotor, insbesondere für einen Ottomotor mit einer Ringnut. Die Ringnut ist mit einer Nutverstärkung ausgebildet, die metallinfiltrierte, bevorzugt stahl- und/oder graugussinfiltrierte Keramik aufweist. Die Erfindung betrifft ferner einen Motor mit einem solchen Kolben, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kolbens und auch die Verwendung einer metallinfiltrierten Keramik als Ringnutverstärkung zur Verwendung in einem Kolben für einen Verbrennungsmotor.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolben für einen Verbrennungsmotor. Sie betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kolbens und eine Verwendung von metallinfiltrierter Keramik, bevorzugt Kohlenstoff-Aluminiumoxid, als Nutarmierung zur Verwendung in einem Kolben für einen Verbrennungsmotor.
  • Stand der Technik
  • Bei Verbrennungsmotoren ist es allgemein üblich, dass sich ein Kolben in einem Zylinder aufgrund der Verbrennung von Brennstoff auf und ab bewegt. Hierbei ist der Kolben typischerweise mit Öl geschmiert, um für eine möglichst geringe Reibung zwischen Kolben und Zylinder zu sorgen. Damit dieses Schmieröl abgestreift werden kann, aber auch zur Abdichtung des Brennraumes und zur Ableitung der Verbrennungswärme aus dem Kolben zur (normalerweise gekühlten) Zylinderwand werden Kolbenringe verwendet. Hierbei handelt es sich um Ringe, die oft aus Metall bestehen und in eine im Kolben vorgesehene Ringnut eingesetzt sind.
  • Bei Gebrauch wird ein solcher Kolbenring hohen Belastungen ausgesetzt, die dann auch auf die Ringnut übertragen werden. Diese Belastungen sind besonders bei Kolben für Dieselmotoren sehr hoch da hier das Diesel-Luft-Gemisch alleine aufgrund der Kompression des Gemischs gezündet wird. Hierfür muss ein hoher Druck im Brennraum erzeugt werden, der dann wiederum zu hohen Belastungen des Kolbens und damit der Kolbenringe führt.
  • Bei der Herstellung von Kolben für Dieselmotoren ist heutzutage der Schwerkraftkokillenguss üblich, und nahezu alle Dieselkolben werden mit diesem Verfahren gegossen. Diese sind auch fast alle mit einem Verstärkungseinsatz ausgestattet, um den besonders hohen Flächenpressungen und Verschleißbeanspruchungen in der ersten Ringnut standhalten zu können.
  • Aber auch bei Ottomotoren, d. h. bei Motoren, bei denen ein Benzin-Luft-Gemisch über einen Zündfunken einer Zündkerze gezündet wird, sind die Kolben aufgrund der höheren Anforderungen an Motoren heutzutage höheren Belastungen ausgesetzt. Deshalb werden auch hier die Ringnuten sehr stark belastet. Dies trifft insbesondere auf die erste Ringnut zu.
  • Aus diesem Grund wird derzeit gemäß dem Stand der Technik in den meisten Fällen die Ringnut verstärkt bzw. gegen Verschleiß geschützt. Ein hierfür geeignetes Verfahren ist es, eine Ringnut im eigentlichen Kolbenmaterial auszubilden, die dann über eine Hartanodisierung verstärkt wird. Allerdings reicht eine solche Behandlung für die auftretenden Belastungen nicht mehr aus.
  • Demgemäß setzt man heute oft separate Verstärkungseinsätze ein, die aus einem anderen Material als der Rest des Kolbens hergestellt sind. Diese werden separat hergestellt und dann in den Kolben insbesondere im Bereich der ersten Ringnut (d. h. derjenigen Ringnut, die dem Kolbenboden am nächsten ist) eingegossen. Normalerweise wird die Ringnut in dem Verstärkungseinsatz erst nach dem Eingießen ausgebildet, wobei es jedoch auch möglich ist, sie vorher auszubilden.
  • Typischerweise wird ein solcher verstärkender Einsatz aus einem Gusseisenwerkstoff hergestellt, was jedoch zu einem erhöhten Gewicht des Kolbens führt. Dies ist nachteilig da ein mit einem solchen verstärkenden Einsatz ausgestatteter Kolben ein höheres Gewicht hat und daher zu einem erhöhten Benzinverbrauch führt.
  • Ein weiteres Vorgehen, um einen solchen verstärkenden Einsatz herzustellen, besteht darin, dass im Bereich der ersten Ringnut ein Niresist-Einsatz gemäß dem Alfin-Verfahren eingegossen wird. Die Dichte dieses Materials beträgt jedoch ca. 7,3 g/cm3 und ist daher sogar geringfügig höher als bei unlegiertem Gusseisen.
  • Ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines Materials für einen verstärkenden Einsatz wird in der DE 10 2004 005 799 A1 beschrieben. Dieses Dokument beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer lokalen Verstärkung für ein Bauteil einer Brennkraftmaschine (wie z. B. einem Kolben mit einer Kolbenringaufnahme). Hierbei wird ein mit Poren versehener Verstärkungskörper auf den zu verstärkenden Teil des Bauteils aufgebracht.
  • Hier besteht jedoch das Problem, dass ein solcher mit Poren versehener Verstärkungskörper eine vergleichsweise niedrige Festigkeit aufweist. Somit besteht die Gefahr, dass ein solcher Verstärkungskörper bei Einsatz in einem hochbelastetem Kolben übermäßig stark verschleißt und somit in der Praxis nicht einsetzbar ist.
  • Technische Aufgabe
  • Die vorliegende Erfindung hat als Ziel, einen Kolben bereitzustellen, der einen verstärkenden Einsatz aufweist. Dieser Kolben soll leicht sein, wobei der verstärkende Einsatz jedoch auch die hohen, bei Gebrauch auftretenden Belastungen ohne übermäßigen Verschleiß überstehen muss.
  • Darstellung der Erfindung
  • Eine Lösung dieser technischen Aufgabe ist der Kolben nach Anspruch 1. Weitere Lösungen sind ein Motor, der einen erfindungsgemäßen Kolben aufweist, das Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 5 und die Verwendung nach Anspruch 9. Bevorzugte Ausführungsformen werden jeweils in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Nach Anspruch 1 weist ein erfindungsgemäßer Kolben für einen Verbrennungsmotor, insbesondere für einen Ottomotor, eine Ringnut auf. Die Ringnut ist mit einem verstärkenden Einsatz (Ringträger) ausgebildet, der aus metallinfiltrierter, bevorzugt stahl- und/oder graugussinfiltrierter Keramik, bevorzugt Kohlenstoff-Aluminiumoxid besteht. Hierbei handelt es sich bei einer Ringnut um eine entlang des Umfangs des Kolbens verlaufende Nut, die für die Aufnahme eines Kolbenrings geeignet ist. Bei dem verstärkenden Einsatz handelt es sich um einen im Wesentlichen ringförmigen Abschnitt des Kolbens, der typischerweise aus einem anderen Material als der Kolben selbst ausgebildet ist und der in den Kolben eingegossen ist. Dieser weist entlang seines äußeren Umfangs eine Ringnut auf, die bevorzugt vollständig innerhalb des verstärkenden Einsatzes ausgebildet ist. D. h. sie erstreckt sich nicht in umliegendes Kolbenmaterial hinein.
  • Der verstärkende Einsatz weist metallinfiltrierte Keramik, bevorzugt Kohlenstoff-Aluminiumoxid, auf. Hierbei verstehen wir unter Keramik bevorzugt Kohlenstoff-Aluminiumoxid oder eine andere Mischung verschiedener keramischer Substanzen mit hohem Kohlenstoffanteil, bevorzugt mehr als 5–10% Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmischung. Unter einer Metallinfiltrierung verstehen wir, dass ein Metall in die Matrix aus Keramik, bevorzugt Kohlenstoff-Aluminiumoxid, eingedrungen ist. Insofern handelt es sich bei metallinfiltrierter Keramik, um einen Verbundwerkstoff aus einer Keramik, bevorzugt Kohlenstoff-Aluminiumoxid, und einem Metall.
  • Es ist von Vorteil, wenn dieser verstärkende Einsatz für die erste Ringnut verwendet wird da hier die Belastungen am höchsten sind.
  • Bevorzugt wird hierbei, dass es sich bei dem Metall zur Infiltration um Stahl und/oder Grauguss handelt. Durch die Verwendung eines solchen Verbundwerkstoffs kann eine hohe Festigkeit des verstärkenden Einsatzes erzielt werden da dieser zu einem großen Teil aus einem sehr widerstandsfähigen Material besteht, nämlich dem Metall, mit dem die Keramik infiltriert ist. Gleichzeitig wird aber auch vermieden, dass der verstärkende Einsatz vollständig aus diesem Metall ausgebildet ist, wodurch ein hohes Gewicht des Kolbens verhindert wird.
  • Insbesondere bei der Verwendung von Stahl und/oder Grauguss für den verstärkenden Einsatz wird eine hohe Lebensdauer aufgrund der hohen Festigkeit und eines geringen Verschleißes erzielt. Gleichzeitig wird jedoch die, ansonsten erhebliche, Gewichtszunahme des Kolbens vermieden.
  • Hierbei ist ein Kolben für einen Ottomotor mit einer wie beschrieben ausgebildeten Ringnut dahingehend von Vorteil, dass ein hohes Gewicht des Kolbens vermieden wird. Gleichzeitig wird aus den oben genannten Gründen ein übermäßiger Verschleiß vermieden. Dies trifft besonders für den adhäsiven Verschleiß zu. Hierbei haften zwei aneinander anliegende Oberflächen bei hoher Flächenpressung aneinander und verbinden sich dadurch. Wenn diese beiden Oberflächen nun aneinander gleiten werden Randschichten abgeschert, was sich in einem Verschleiß an der Oberfläche äußert. Dieses auch als „Microwelding” bekannte Phänomen kann durch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Kolbens gemildert werden.
  • Es ist vorteilhaft, wenn die metallinfiltrierbare Keramik, bevorzugt ein Kohlenstoff-Aluminiumoxid, eine infiltrierbare Porosität von 40 bis 85% aufweist und sie somit einen Schaum bildet. Eine solche infiltrierbare Keramik bezeichnet ein poröses Material, das im Wesentlichen aus Keramik, bevorzugt Kohlenstoff-Aluminiumoxid wie oben definiert besteht. Diese weist eine offenporige Struktur auf wie sie ansonsten von Schäumen bekannt ist. D. h. der Keramikschaum besteht aus einzelnen, aneinander angrenzenden Hohlräumen, wobei die Hohlräume teilweise ineinander übergehen können.
  • Unter einer infiltrierbaren Porosität verstehen wir eine Porosität, die von außen infiltrierbar ist, d. h. ein Maß für denjenigen Anteil der Hohlräume, in den Material von außerhalb des Schaums eindringen kann. Insofern zählen vollständig abgeschlossene Poren im Inneren des Keramikschaums, die keine Verbindung nach außen aufweisen, nicht zu einer solchen Porosität.
  • Die Verwendung eines Keramikschaums mit hohem Kohlenstoffanteil ist dahingehend von Vorteil, dass Kohlenstoff eine geringe Dichte hat und außerdem beim Infiltrieren eines flüssigen Metalls unter Umständen verbrennt. Hierdurch wird der Kohlenstoffschaum aus dem verstärkendem Einsatz teilweise entfernt, d. h. die Dichte des verstärkenden Einsatzes nimmt weiter ab. Außerdem lassen sich solche Keramikschäume leicht herstellen. So kann man z. B. eine Vorform des herzustellenden verstärkenden Einsatzes aus einem Kunstharz herstellen und dieses dann in einem Ofen carbonisisieren. Auch sind solche Keramikschäume leicht handhabbar und nicht toxisch.
  • Die genannte infiltrierbare Porosität hat als Vorteil, dass sich bei einer solchen Porosität eine gute Infiltrierbarkeit ergibt, d. h. das Metall kann leicht in einen solchen Keramikschaum eindringen. Gleichzeitig ist die Porosität gering genug, um sicherzustellen, dass genug Hohlräume verbleiben und dass ein dementsprechender verstärkender Einsatz eine geringe Dichte hat.
  • Es wird bevorzugt, dass der Ringträgerwerkstoff nach dem Infiltrieren und Aushärten des infiltrierten Metalls eine Dichte von maximal zwischen 3,7 g/cm3 und 6,3 g/m3 aufweist. Die Dichte kann jedoch auch niedriger als diese Werte liegen. Diese Dichte wird an dem fertigen, noch nicht in den Kolben eingegossenen verstärkendem Einsatz gemessen. Man kann aber auch aus einem gefertigten Kolben eine Probe des Ringträgermaterials entnehmen, um deren Dichte zu bestimmen. Eine solche Dichte, insbesondere eine Dichte von kleiner als 3,7 g/cm3, ist hinreichend niedrig um einen übermäßig schweren Kolben zu vermeiden. Dies wirkt sich positiv auf den Brennstoffverbrauch des mit einem solchen verstärkenden Einsatz versehenen Kolbens aus. Insbesondere im Hinblick auf CO2-Emissionen und steigende Rohölpreise ist dies von großer Bedeutung.
  • Weiterhin wird bevorzugt, dass ein Motor, bevorzugt ein Verbrennungsmotor wie z. B. ein Ottomotor, mit einem Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgestattet ist. Ein solcher Motor weist eine lange Lebensdauer auf da nur geringer Verschleiß beim verstärkenden Einsatz auftritt. Gleichzeitig wird der Brennstoffverbrauch verringert da die Kolben trotz verstärkender Einsätze eine geringe Masse aufweisen.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor wie es in Anspruch 5 definiert wird.
  • Dieses Verfahren betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für einen Ottomotor. Bei dem Verfahren wird ein verstärkender Einsatz für einen Kolben unter Verwendung eines Schleudergussverfahrens hergestellt. Bei einem solchen Schleudergussverfahren wird ein Vorläufer des herzustellenden verstärkenden Einsatzes, nämlich ein ringförmiger, poröser und hohler Keramikkörper, um seinen Hohlraum in Drehung versetzt. In diesen Hohlraum wird ein flüssiges Metall, bevorzugt flüssiger Stahl oder flüssiger Grauguss eingeführt. Dieses dringt in den Keramikschaumkörper ein und infiltriert diesen somit.
  • Bei einem Keramikschaumkörper handelt es sich typischerweise um einen hohlen, im Wesentlichen zylindrischen bzw. anders gesagt rohrförmigen Keramikkörper, der porös ist und z. B. aus einer infiltrierbaren Kohlenstoff-Aluminiumoxid-Keramik bestehen kann. Dieser wird um seinen Hohlraum gedreht. Dies bedeutet bei einem zylindrischen Keramikkörper, dass er um seine Längsachse gedreht wird. Wenn nun während dieser Drehung in diesen Hohlraum ein flüssiges Metall eingefüllt wird, führt die Zentrifugalkraft dazu, dass das Metall nach außen gedrängt wird. Dadurch dringt es in den porösen Keramikkörper ein und infiltriert diesen dadurch.
  • Die Drehung wird so lange aufrechterhalten bis das Metall erstarrt ist. Nach dem Erstarren wird der infiltrierte Keramikkörper angehalten. Es ist jedoch nicht nötig, dass das Metall vollständig erstarrt ist: Es reicht aus, solange zu drehen bis das Metall hinreichend zäh ist, damit der infiltrierte Keramikkörper seine Form beibehält.
  • Hieran anschließend wird ein Ring unter Verwendung des infiltrierten Keramikkörpers erzeugt. Es gibt verschiedene Möglichkeiten wie dies geschehen kann. So könnte man bereits den Keramikkörper vor der Infiltrierung so gestalten, dass er in seiner Form einem ringförmigen Einsatz entspricht, der in den Kolben eingegossen werden kann. Dies wäre dahingehend von Vorteil, dass keine weiteren Bearbeitungsschritte nötig wären und man z. B. den infiltrierten Keramikkörper nicht erst in einzelne verstärkende Einsätze auftrennen müsste. Allerdings wäre die Vorbereitung eines entsprechenden Keramikkörpers sehr arbeitsintensiv und daher vergleichsweise unpraktisch. Daher ist es von Vorteil, wenn der Keramikkörper aus einem länglichen Zylinder besteht, der erst nach der Infiltration in ringförmige Abschnitte zerteilt wird. Diese bilden dann die verstärkenden Einsätze. Nach der Herstellung der verstärkenden Einsätze werden diese analog zur normalen Fertigung von Niresist-Ringen bearbeitet.
  • Diese Ringe werden anschließend in einen Kolben so eingegossen, dass sie als verstärkende Einsätze verwendet werden können. Insbesondere werden sie so eingegossen, dass sie als verstärkende Einsätze für den Bereich der ersten Nut verwendet werden können. Insofern entsteht durch diesen Eingussschrittein verstärkender Einsatz für einen Kolben, der die weiter oben genannten Vorteile aufweist.
  • Während des Herstellungsverfahrens wird eine Ringnut in dem aus dem Keramik-, bevorzugt Kohlenstoff-Aluminiumoxidkörper enthaltenen Ring ausgebildet, die für die Aufnahme eines Kolbenrings geeignet ist. Dies kann z. B. dadurch geschehen, dass bereits in dem noch nicht infiltrierten Keramikkörper eine entsprechende Ausnehmung vorhanden ist, die dann vor einer Infiltration geschützt wird. Ökonomisch interessanter, da kostengünstiger, wäre es, dass die Ringnut nach dem Auftrennen des infiltrierten Keramikkörpers ausgebildet wird. D. h. sie wird nach dem Herstellen des Ringträgers, aber vor dem Eingießen in den Kolben ausgebildet. Eine weitere Option wäre es, dass die Ringnut erst nach dem Eingießen in einen Kolben ausgebildet wird. Dies wäre dahingehend von Vorteil, dass hierdurch eine vergleichsweise komplizierte Fertigung der Ringnut vor dem Eingießen vermieden werden kann.
  • Ein Vorteil einer Infiltration eines Schaums ist, dass man hierdurch, durchaus gewollt, nicht den gesamten Schaum infiltriert und dadurch eine geringere Dichte erzielt. Wenn man z. B. ein Gewebe infiltriert würde das Metall im Normalfall keine Hohlräume lassen, d. h. die Dichte des infiltrierten Materials wäre deutlich höher. Durch die Infiltration eines Schaums wird dies vermieden.
  • Ein Vorteil eines Schleudergussverfahrens ist, dass bereits früher Schleudergussverfahren für die Herstellung von Rohren verwendet wurden. Insofern ist es vergleichsweise einfach, dieses Verfahren an die neue Anwendung anzupassen. Daher kann ein solches Verfahren mit nur geringfügigen Änderungen im Produktionsprozess realisiert werden. Dies führt daher nur zu geringen zusätzlichen Kosten.
  • Nach Ansprüchen 6 und 7 weist die metallinfiltrierte Keramik bevorzugt Kohlenstoff-Aluminiumoxidschaum mit einer infiltrierbaren Porosität von 40 bis 85% auf und/oder weist der Ringträgerwerkstoff nach dem Erstarren des infiltrierten Metalls eine Dichte von maximal zwischen 3,7 g/cm3 und 6,3 g/cm3 auf. Für eine Erklärung dieser Merkmale und deren Vorteile verweisen wir auf den vorhergehenden Text.
  • Weiterhin besteht eine bevorzugte Ausführungsform darin, dass der Keramikkörper in eine Kokille eingesetzt ist, wenn er in Drehung versetzt wird. Hierbei liegt diese Kokille zumindest partiell, bevorzugt vollständig an dessen Außenwand, d. h. an der Außenwand des Keramikkörpers, an. Unter einer Kokille verstehen wir einen Körper, der einen Hohlraum aufweist, der zur Aufnahme und zum Abstützen des Keramikkörpers geeignet ist.
  • Hierdurch wird der Keramikkörper während der Drehung abgestützt. So kann verhindert werden, dass dieser durch die bei der Drehung entstehenden hohen Kräfte verformt bzw. zerstört wird. Gleichzeitig führt dies auch dazu, dass an der Außenseite des dadurch hergestellten infiltrierten Keramikkörpers eine durch die Kokille vorgegebene Oberflächenform entsteht. Diese Form kann dadurch vergleichsweise präzise vorgegeben werden. Wenn dies nicht der Fall wäre, könnte die entstehende Oberfläche an der Außenseite unregelmäßiger sein. Das würde eine komplizierte Nachbearbeitung, mit entsprechend hohen Kosten, mit sich bringen.
  • Die Erfindung besteht ferner in der Verwendung nach Anspruch 9. Bevorzugte Ausführungsformen werden in Ansprüchen 10 und 11 beschrieben. Diese weisen die Vorteile auf, die vorher erwähnt wurden. Auch für die Definition der verwendeten Begriffe wird auf den obigen Text verwiesen. Hierbei wird bevorzugt, wenn die Verwendung für den verstärkenden Einsatz im Bereich der ersten Nut eines Kolbens erfolgt.
  • Kurze Beschreibung der Figuren
  • 1a) bis e) zeigen Schritte und Ergebnisse eines Schleudergussverfahrens gemäß dem Stand der Technik.
  • 2a) bis 2d) zeigen Verfahrensschritte für die Anwendung eines Verfahrens gemäß der Erfindung.
  • 1a) bis e) zeigen ein Verfahren gemäß dem Stand der Technik zur Herstellung eines Rohrs nach dem Schleudergussverfahren. Hierzu wird (s. 1a)) eine Kokille 10 bereitgestellt. Diese Kokille 10 wird (s. 1b)) in einer Drehvorrichtung 22 mit einer hohen Drehgeschwindigkeit gedreht.
  • 1c) zeigt, wie über eine Einführeinrichtung 12 flüssiges Metall 14 in einen Innenraum der Kokille 10 eingeführt wird. Durch die sich aufgrund der Rotation der Kokille 10 ergebende Fliehkraft wird dieses flüssige Metall 14 an den Wänden der Kokille 10 verteilt und weist außerdem eine im Wesentlichen gleichmäßige Dicke auf (s. 1d)). Die Kokille 10 wird so lange gedreht (und ggf. gekühlt) bis das Metall 14 zu einem Rohr 16 erstarrt ist. Erst dann wird die Drehung angehalten. Die so hergestellten Rohre 16 werden in 1e) gezeigt.
  • 2a) bis 2d) zeigen eine Anwendung eines solchen Verfahrens auf die Herstellung eines Ringträgers wie beansprucht. Hierzu wird (s. 2a)) ein offenporiger rohrförmiger (d. h. zylindrischer) Keramik-, bevorzugt Kohlenstoff-Aluminiumoxidschaumkörper 18 in eine rohrförmige Kokille 10 eingelegt. Die Kokille 10 hat einen Hohlraum, dessen Innendurchmesser im Wesentlichen dem Außendurchmesser des Keramikschaumkörpers 18 entspricht, wodurch der Keramikschaumkörper 18 an der inneren Oberfläche der Kokille 10 anliegt und von dieser gelagert wird.
  • Diese Kokille 10 wird zusammen mit dem eingesetzten Keramikschaumkörper 18 in eine Drehvorrichtung 22 ähnlich zu der bereits oben beschriebenen eingesetzt und mittels der Drehvorrichtung 22 in eine Drehung um die Achse der Kokille 10 und des Keramikschaumkörpers 18 versetzt und gehalten (siehe 2b)).
  • Wie in 2c) dargestellt ist wird nunmehr flüssiges Metall 14 über eine Einführeinrichtung 12 in den Innenraum des Keramikschaumkörpers 18 eingeführt. Ähnlich wie oben beschrieben wird dieses flüssige Metall nun aufgrund der Zentrifugalkraft nach außen gedrückt. Das bedeutet, dass dieses in den Keramikschaumkörper 18 hinein gedrückt wird und diesen dadurch infiltriert. Wenn genug flüssiges Metall 14 eingebracht wurde, d. h. wenn der Keramikschaumkörper kein weiteres Metall aufnehmen kann und er somit „voll” ist (was typischerweise bedeutet, dass dieser unter Beibehaltung der Restporosität kein weiteres Metall aufnehmen könnte), wird die Zufuhr von flüssigem Metall beendet. Jedoch wird der Keramikschaumkörper weiter in Drehung gehalten bis das flüssige Metall erstarrt ist.
  • In diesem Zustand bilden dann der Keramikschaumkörper 18 mit dem erstarrten Metall ein rohrförmiges Teil 20 aus dem Verbundmaterial, wie dies in 2d) dargestellt ist. Nun kann die Drehvorrichtung 22 angehalten und die Kokille 10 zusammen mit dem rohrförmigen Teil 20 aus dem Verbundmaterial entnommen werden. Anschließend wird das rohrförmige Teil 20 aus dem Verbundmaterial aus der Kokille 10 entnommen.
  • Dieses rohrförmige Teil 20 aus dem Verbundmaterial wird nun je nach der gewünschten Länge des verstärkenden Einsatzes (Verstärkungen) in ringförmige Segmente zerteilt. Diese werden dann in einen Kolben so eingegossen, dass sie die verstärkenden Einsätze bilden können. Abschließend wird die äußere Oberfläche der eingegossenen verstärkenden Einsätze bearbeitet und mit einer Ringnut zur Aufnahme eines Kolbenrings versehen, wobei die abschließende Behandlung der Behandlung von Niresist-Ringträgern entspricht.
  • In der vorliegenden Anmeldung bedeutet das Wort „aufweisen” als Spezialfall auch „bestehen aus”. Dies ist jedoch ein Spezialfall, und das Wort sollte nicht generell so verstanden werden. Ebenso hat der Begriff „ein” als Spezialfall auch die Bedeutung „genau ein”.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102004005799 A1 [0010]

Claims (11)

  1. Kolben für einen Verbrennungsmotor, insbesondere für einen Ottomotor, mit einer Ringnut, wobei die Ringnut mit einer eingegossenen Verstärkung ausgebildet ist, die metallinfiltrierte, bevorzugt stahl- und/oder graugussinfiltrierte Keramik, bevorzugt Kohlenstoff-Aluminiumoxid, aufweist.
  2. Kolben nach Anspruch 1, wobei die metallinfiltrierte Keramik eine infiltrierbare Porosität von 40% bis 85% aufweist.
  3. Kolben nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Nutverstärkungswerkstoff eine Dichte von maximal zwischen 3,7 g/cm3 und 6,3 g/cm3 aufweist.
  4. Verbrennungsmotor, bevorzugt Ottomotor, der mit einem Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgestattet ist.
  5. Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor, bevorzugt zur Herstellung eines Kolbens für einen Ottomotor, bei dem: – eine eingießbare Ringnutverstärkung für den Kolben unter Verwendung eines Schleudergussverfahrens hergestellt wird, bei dem • ein ringförmiger, poröser Keramikkörper (18) um seinen Hohlraum in Drehung versetzt wird und in diesen Hohlraum flüssiges Metall (14), bevorzugt flüssiger Stahl oder Grauguss, eingeführt wird, das in den Keramikkörper (18) eindringt und diesen somit infiltriert, • der infiltrierte Keramikkörper (18) nach dem Erstarren des Metalls angehalten wird, • ein Ring unter Verwendung des infiltrierten Keramikkörpers (18) erhalten wird, und – der Ring anschließend in einen Kolben eingegossen wird und als verstärkender Einsatz verwendet wird, wobei während des Herstellungsverfahrens eine Ringnut in dem aus dem Keramikkörper (18) erhaltenen Ring ausgebildet wird, die für die Aufnahme eines Kolbenrings geeignet ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die metallinfiltrierte Keramik eine infiltrierbare Porosität von 40% bis 85% aufweist.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei dem der Ringnutverstärkungswerkstoff nach dem Erstarren des infiltrierten Metalls eine Dichte von maximal zwischen 3,7 g/cm3 und 6,3 g/cm3 aufweist.
  8. Verfahren (18) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem der Keramikkörper in eine Kokille (10) eingesetzt ist, wenn er in Drehung versetzt wird, und diese Kokille (10) zumindest partiell, bevorzugt vollständig an dessen Außenwand anliegt.
  9. Verwendung von metallinfiltrierter, bevorzugt stahl- und/oder graugussinfiltrierter Keramik, bevorzugt Kohlenstoff-Aluminiumoxid, in einer Ringnutverstärkung zur Verwendung in einem Kolben für einen Verbrennungsmotor, bevorzugt für einen Ottomotor.
  10. Verwendung nach Anspruch 9, wobei die metallinfiltrierte Keramik eine infiltrierbare Porosität von 40% bis 85% aufweist.
  11. Verwendung nach Anspruch 9 oder 10, bei welcher der Ringnutverstärkungswerkstoff eine Dichte von maximal zwischen 3,7 g/cm3 und 6,3 g/cm3 aufweist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017055104A1 (de) 2015-09-29 2017-04-06 Continental Automotive Gmbh Elektromagnetischer aktor, elektromagnetisches ventil und kraftstoffhochdruckpumpe

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3851593T2 (de) * 1987-07-28 1995-01-26 Atsugi Unisia Corp Verfahren zur Herstellung einer faserverstärkten Metallzusammensetzung.
WO1999025885A1 (de) * 1997-11-14 1999-05-27 Nils Claussen Metallverstärktes konstruktionselement
DE102004005799A1 (de) 2004-02-06 2005-09-01 Daimlerchrysler Ag Verfahren zur Herstellung einer lokalen Verstärkung für ein Bauteil einer Brennkraftmaschine
DE102010042402A1 (de) * 2010-10-13 2012-04-19 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Kolbenrings mit eingelagerten Partikeln

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3851593T2 (de) * 1987-07-28 1995-01-26 Atsugi Unisia Corp Verfahren zur Herstellung einer faserverstärkten Metallzusammensetzung.
WO1999025885A1 (de) * 1997-11-14 1999-05-27 Nils Claussen Metallverstärktes konstruktionselement
DE102004005799A1 (de) 2004-02-06 2005-09-01 Daimlerchrysler Ag Verfahren zur Herstellung einer lokalen Verstärkung für ein Bauteil einer Brennkraftmaschine
DE102010042402A1 (de) * 2010-10-13 2012-04-19 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Kolbenrings mit eingelagerten Partikeln

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017055104A1 (de) 2015-09-29 2017-04-06 Continental Automotive Gmbh Elektromagnetischer aktor, elektromagnetisches ventil und kraftstoffhochdruckpumpe
US10598141B2 (en) 2015-09-29 2020-03-24 Vitesco Technologies GmbH Electromagnetic actuator, electromagnetic valve and high-pressure fuel pump

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