DE19547226A1 - Faserverstärktes Leichtmetallbauteil - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein faserverstärktes Leicht­ metallbauteil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, vor­ zugsweise auf einen faserverstärkten Kolben. Ein derartiges Bauteil ist z. B. aus DE-PS 34 30 056 bekannt. Dort ist der Muldenrand eines Kolbens für einen Dieselmotor durch eine - bei der Herstellung des Kolbens unter Druck mit Schmelze infiltrierte - Faserpreform gegen Anrisse geschützt.

Die Oberfläche der Faserpreform ist herstellungsbedingt im Normalfall eben und relativ glatt.

Es hat sich anhand von Finite-Element-Berechnungen gezeigt, daß bei derartigen Kolben am Übergang vom faserverstärkten Bereich zum unverstärkten Bereich Spannungsüberhöhungen auftreten, die auf die unterschiedlichen mechanischen und physikalischen Eigenschaften der Werkstoffe zurückzuführen sind.

Der Übergang zwischen faserverstärktem Bereich und Grund­ werkstoff wirkt unter sehr hohen Belastungen also quasi als Sollbruchstelle.

Die Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, bei einem gattungsgemäßen Leichtmetallbauteil Spannungsüberhö­ hungen im Übergang von Grundmaterial zu faserverstärktem Bereich zu vermeiden.

Dieses Problem wird gelöst durch eine Ausgestaltung des gattungsgemäßen Bauteiles mit den Merkmalen des kennzeich­ nenden Teils des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Durch das Strukturieren, Aufrauhen oder Bürsten der Ober­ fläche und die dabei entstehenden Riefen bzw. Nuten wird die Oberfläche der Faserpreform vergrößert und die anson­ sten bei glatter Oberfläche der Preform im Übergang vom Grundmaterial zum faserverstärkten Bereich vorhandenen Spannungsspitzen werden abgebaut.

Mit glatter Oberfläche ist im vorstehenden Absatz die Ober­ fläche einer ebenen, unstrukturierten Faserpreform gemeint, wobei diese bedingt durch die Fasergeometrie und die Hohl­ räume zwischen den Fasern selbstverständlich auch eine ge­ wisse Rauhigkeit und eine Oberflächenstruktur aufweist, die allerdings wesentlich feiner ist als die zweite, der ersten überlagerte Grobstruktur.

Das Erzeugen der zweiten, gröberen Struktur kann z. B. durch Fräsen oder Drehen der Preform oder auch durch ent­ sprechend strukturierte Formen beim Herstellungsprozeß der Preform erfolgen.

Die gemittelte Rauhtiefe R_z der so behandelten Flächen soll bei 0,2 bis 2 mm liegen, vorzugsweise bei 0,2 bis 1 mm.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungs­ beispiels beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Kolben mit faserverstärktem Mulden­ rand

Fig. 2 Vorderansicht und Untersicht einer erfin­ dungsgemäßen Faser-Preform.

Ein Kolben 1 besitzt eine Verbrennungsmulde 2, deren Mul­ denrand mit einer unter Druck mit Schmelze infiltrierten kreisringförmigen Faserpreform 3 verstärkt ist. Der Kolben wird im Flüssigpreßverfahren hergestellt. Die Faserpreform 3 weist an ihrer gesamten Oberfläche vor dem Flüssigpressen eine erste, durch die Fasern gebildete Feinstruktur und an Teilflächen 4, d. h. an ihrer kreiszylindrischen Außenflä­ che und an ihrer Unterseite eine zweite, gröbere, der er­ sten überlagerte Oberflächenstruktur auf. Durch die zweite strukturierte Oberfläche wird die für die Bindung des Fa­ serteils im Grundwerkstoff wirksame Oberfläche vergrößert und die Spannungen werden herabgesetzt, die Bindung also verbessert.

Es werden nur die Flächen der Preform strukturiert, die im bearbeiteten Werkstück an das Grundmaterial angrenzen, also der Außenumfang und die Unterseite der Preform.

Claims (4)

1. Faserverstärktes Leichtmetallbauteil, vorzugsweise Kol­ ben, mit einem unverstärkten Bereich und einem Bereich, der durch eine mit Schmelze infiltrierte Faserpreform verstärkt ist, wobei die Faserpreform eine erste, durch die Fasern gebildete Oberflächenstruktur aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserpreform (3) vor dem Infiltrieren zumindest an einer Teiloberfläche (4) eine zweite, gröbere Ober­ flächenstruktur aufweist, die der ersten Struktur über­ lagert ist und eine gemittelte Rauhtiefe R_z von 0,2 bis 2 mm aufweist.

2. Faserverstärktes Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauhtiefe R_z der zweiten, gröberen Oberflächen­ struktur zwischen 0,2 und 1 mm liegt.

3. Faserverstärktes Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserpreform (3) eine durch Bürsten struktu­ rierte Fläche (4) aufweist.

4. Faserverstärktes Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Oberflächenstruktur bei kreisringförmi­ gen Preforms mit zylindrischer Außenfläche an der zy­ lindrischen Außenfläche durch achsparallele Riefen und an der Kreisringoberfläche durch radial verlaufende Riefen gebildet wird.