DE19815485C2 - Kolben für Brennkraftmaschinen - Google Patents
Kolben für BrennkraftmaschinenInfo
- Publication number
- DE19815485C2 DE19815485C2 DE1998115485 DE19815485A DE19815485C2 DE 19815485 C2 DE19815485 C2 DE 19815485C2 DE 1998115485 DE1998115485 DE 1998115485 DE 19815485 A DE19815485 A DE 19815485A DE 19815485 C2 DE19815485 C2 DE 19815485C2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- piston
- combustion chamber
- internal combustion
- combustion engines
- grooves
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- 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
- F02F3/28—Other pistons with specially-shaped head
- F02F3/285—Other pistons with specially-shaped head the head being provided with an insert located in or on the combustion-gas-swept surface
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft Kolben für hochbelastete Brennkraftmaschinen, aus duktilem,
plastisch verformbarem Werkstoff, insbesondere Eisen- oder Aluminiumlegierungen, mit
einem Kolbenboden mit Brennraummulde und mit Ringnuten zur Aufnahme von
Kolbenringen, wobei die Brennraummulde durch mechanisches Verdichten bewehrt ist
und die Ringnuten unbewehrt ausgebildet sind.
Kolben von Brennkraftmaschinen unterliegen enormen Belastungen, hervorgerufen durch
Zünddruck, bzw. Gas- und Massenkräfte. Der Kolben wird durch in den Kolbenbolzen
eingeleitete Kräfte elastisch verformt. Es treten sowohl in der Bolzennabe, als auch im
Kolbenboden mehrachsige Spannungszustände mit hohen Spannungsgradienten auf.
Insbesondere am Kolbenboden treten hohe Zug- und Druckspannungen auf, die bei
Überschreitung der Dauerfestigkeit zu Ermüdungsrissen führen, die bei weiterer
Rißfortschreitung den Kolben spalten. Um die Brennraummulde vor Ansrissen zu
schützen, ist es bekannt, zum Beispiel gemäß US 5 660 156 A, die Brennraummulde mit
einer zusätzlichen Bewehrung zu versehen. Diese zusätzlichen Bauteile müssen zum
einen, separat hergestellt werden und zum anderen, kostenträchtig mit dem Kolben
verbunden werden. Um dieses Problem zu beseitigen, ist man auch schon dazu
übergegangen, die Brennraummulde unbewehrt zu gestalten und hat zur Verhinderung
von Rissen sich auf den Bereich der Bolzennabe konzentriert. Aus der DE 44 31 990 A1
ist ein solcher Kolben zu entnehmen. Maßnahmen, die auf die Brennraummulde oder die
Ringnuten abzielen, sind dieser Schrift nicht zu entnehmen.
Aus der DE 31 39 059 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Druckeigenspannungen
in Teilabschnitten der Brennraummulde eines Kolbens zu entnehmen. Die betreffenden
Teilabschnitte werden mechanisch verdichtet, um so die im Motorbetrieb durch
Zugspannungen gefährdeten Teilbereiche des Brennraummuldenrandes zu schützen.
Aus der DE 39 03 722 C2 ist ein Kolben zu entnehmen, der im Bereich der
Kolbenringnuten gehärtet ist. Die Härtung der Nut erfolgt durch eine
Anodisierungsbehandlung. Anschließend wird die so behandelte Oberfläche mit einem
Harz überzogen. Durch diese Maßnahmen soll das Ankleben des Aluminiums vom
Kolben an den Kolbenring verhindert werden. Maßnahmen, die darauf abzielen, den
Kolben zu verfestigen, um gleichzeitig auf eine Ringbewehrung verzichten zu können,
werden nicht offenbart.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu grunde, einen gattungsgemäßen Kolben dahingehend
zu verbessern, daß die Gefahr von Rißbildung im Kolbenkopf reduziert wird und
gleichzeitg die Herstellungskosten gesenkt werden, sowie ein Verfahren zu seiner
Herstellung anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale der
Patentansprüche 1 und 2 gelöst, vorteilhafte Ausgestaltungen zur Herstellung des
Kolbens sind in den Unteransprüchen dargelegt.
Bei dem erfindungsgemäßen Kolben wird durch das Rollierverfahren eine erhebliche
Materialverdichtung erzielt. Die aus der Vorbearbeitung des Kolbens, Gießen oder
spanenden Bearbeitung, erzeugten Profilspitzen der Oberflächen werden kalt verformt
und in die Bearbeitungsriefen eingewalzt.
Daraus resultiert eine wesentliche Oberflächenverfestigung. Dieser Umformungsprozeß
erfolgt im µm-Bereich, so daß der Prozeß geeignet ist, als letzter Bearbeitungsschritt in
der Herstellungskette eingesetzt werden zu können. Auf diese Weise ist eine
gleichbleibende Qualität am Prozeßende auch bei der Bearbeitung in der
Massenherstellung gewährleistet. In nur einem Arbeitsgang wird eine glatte Oberfläche
und eine Härtung erzeugt. Der, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gebildete
Kolben, zeichnet sich nicht nur durch ein verbessertes Betriebsverhalten aus, sondern
reduziert auch die Fertigungskosten. Obwohl die Rolle des Rollierwerkzeuges beim
Abrollen verschleißt, erzeugt sie trotzdem nach längerer Betriebszeit eine gleichbleibende
Oberflächenqualität, so daß lange Werkzeugstandzeiten gegeben sind. Dadurch, daß kein
Materialabtrag am Kolben entsteht, fällt auch kein Abfall an, der teuer entsorgt werden
müßte.
Der erfindungsgemäße Kolben sowie das Herstellungsverfahren sind anhand eines
Ausführungsbeispiels in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 Ansicht eines erfindungsgemäßen Kolbens während der
Bearbeitung
Fig. 2 Ausschnittsvergrößerung gemäß Ansicht II der Fig. 1
Fig. 3 Ausschnittsvergrößerung gemäß Ansicht III der Fig. 1
Fig. 4 Ausschnittsvergrößerung des Wälzvorganges
In der Fig. 1 ist ein auf übliche Art und Weise hergestellter Kolben 1 für
Brennkraftmaschinen dargestellt. In der Fig. 2 ist eine vergrößerte Darstellung der auf
der Oberfläche 2 vorhandenen Oberflächenrauhigkeit vor, und in Fig. 3 nach dem
Rolliervorgang dargestellt. Durch eine Vorbearbeitung entstehen Riefen 3 mit
Profilspitzen 4 (Fig. 4).
Die Profilspitzen werden mittels einer Rolle 5 eines Rollierwerkzeugs kalt verformt. Es
können gleichzeitig mehrere Rollen verwendet werden. Nachfolgend wird nur das Prinzip
des Verfahrens anhand einer einzigen Rolle 5 beschrieben.
Die Rolle 5 wird mit einem, an den Werkstoff des Kolbens angepaßten definierten
Druck, auf die Oberfläche 2, 2' gepreßt. Mit definierter Geschwindigkeit wird die Rolle
5 über die Oberfläche 2 des Kolbens 1 gewälzt, dabei ist es unerheblich, ob die Rolle
oder der Kolben in Rotation versetzt werden. Beim Abrollen werden die Profilspitzen 4
in die Riefen 3 eingewalzt. Dieser Vorgang wird nur wenige Sekunden lang durchgeführt
und erzeugt eine Härtesteigerung auf der Oberfläche 2, 2' bei gleichzeitig verringerter
Rauhigkeit. Auf diese Weise kann auf eine Bewehrung des Kolbens 1 im Bereich der
Brennraummulde 6 verzichtet werden. Das für die Brennraummulde 6 beschriebene
Rollierverfahren gilt im gleichen Maße auch für die Ringnuten 7, 8 des Kolbenrings. Die
durch eine spanende Bearbeitung erzeugten Ringnuten 7, 8 weisen üblicherweise eine
Rauhigkeit im Bereich RZ < 2 µm auf. Die bei der Herstellung der Nuten erzeugten
Bearbeitungsriefen weisen ebenfalls aus der Oberfläche heraustretende Profilspitzen auf.
Durch den erfindungsgemäßen Rolliervorgang werden die Nuten gehärtet und insgesamt
wird so die Festigkeit des Kolbens erhöht. Darüber hinaus ergibt sich der Vorteil, daß
auf den bisher in der obersten Nut 7 notwendigen Ringträger verzichtet werden kann.
Claims (4)
1. Kolben für hochbelastete Brennkraftmaschinen, aus duktilem, plastisch verformbarem
Werkstoff, insbesondere Eisen- oder Aluminiumlegierungen, mit einem Kolbenboden
mit Brennraummulde und mit Ringnuten zur Aufnahme von Kolbenringen, wobei die
Brennraummulde durch mechanisches Verdichten bewehrt ist und die Ringnuten
unbewehrt ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (2') der dem
Kolbenboden zugekehrten obersten Ringnut (7)durch ein Rollierverfahren geglättet
ist, so daß eine Oberflächenrauhigkeit mit einer Rauhtiefe RZ ≦ 2 µm und eine
Randschichtverfestigung erzeugt ist.
2. Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für hochbelastete Brennkraftmaschinen, aus
duktilem, plastisch verformbarem Werkstoff, insbesondere Eisen- oder
Aluminiumlegierungen, mit einem Kolbenboden mit Brennraummulde und mit
Ringnuten zur Aufnahme von Kolbenringen, wobei die Brennraummulde durch
mechanisches verdichten bewehrt ist und die Ringnuten unbewehrt ausgebildet sind
nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen (2') der dem
Kolbenboden zugekehrten obersten Ringnut zunächst mit einer Oberflächenrauhigkeit
mit einer Rautiefe RZ < 2 µm vorbearbeitet werden, und anschließend ein
Rollierwerkzeug mit definiertem Druck relativ auf die Oberfläche (2') gepreßt und mit
definierter Geschwindigkeit über die Oberfläche (2') gewälzt wird.
3. Verfahren nach dem Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wälzvorgang in
nur einer Umfangsrichtung ausgeführt wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß Druck und
Geschwindigkeit des Wälzvorgangs so ausgelegt sind, daß die Fertigbearbeitung in
etwa 2 bis 8 Sekunden erfolgt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1998115485 DE19815485C2 (de) | 1998-04-07 | 1998-04-07 | Kolben für Brennkraftmaschinen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1998115485 DE19815485C2 (de) | 1998-04-07 | 1998-04-07 | Kolben für Brennkraftmaschinen |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19815485A1 DE19815485A1 (de) | 1999-10-14 |
DE19815485C2 true DE19815485C2 (de) | 2000-01-05 |
Family
ID=7863832
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1998115485 Expired - Fee Related DE19815485C2 (de) | 1998-04-07 | 1998-04-07 | Kolben für Brennkraftmaschinen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19815485C2 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102010062711A1 (de) | 2010-12-09 | 2012-06-14 | Federal-Mogul Nürnberg GmbH | Verfahren zum Herstellung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor |
DE102020200153A1 (de) | 2020-01-08 | 2021-07-08 | Mahle International Gmbh | Verfahren zur Bearbeitung einer Ringnut |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3139059A1 (de) * | 1981-10-01 | 1983-04-21 | Mahle Gmbh, 7000 Stuttgart | Verfahren zur herstellung von druckeigenspannungen am rande der brennraummulde eines tauchkolbens fuer verbrennungsmotoren |
DE3903722C2 (de) * | 1988-02-12 | 1994-10-20 | Toyota Motor Co Ltd | Kolben-Kolbenring-Anordnung für einen Verbrennungsmotor |
DE4431990A1 (de) * | 1993-08-18 | 1996-03-14 | Mahle Gmbh | Leichtmetallkolben für hochbelastete Verbrennungsmotoren |
US5660156A (en) * | 1996-05-16 | 1997-08-26 | Zollner Corporation | Cast piston having reinforced combustion bowl edge |
-
1998
- 1998-04-07 DE DE1998115485 patent/DE19815485C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3139059A1 (de) * | 1981-10-01 | 1983-04-21 | Mahle Gmbh, 7000 Stuttgart | Verfahren zur herstellung von druckeigenspannungen am rande der brennraummulde eines tauchkolbens fuer verbrennungsmotoren |
DE3903722C2 (de) * | 1988-02-12 | 1994-10-20 | Toyota Motor Co Ltd | Kolben-Kolbenring-Anordnung für einen Verbrennungsmotor |
DE4431990A1 (de) * | 1993-08-18 | 1996-03-14 | Mahle Gmbh | Leichtmetallkolben für hochbelastete Verbrennungsmotoren |
US5660156A (en) * | 1996-05-16 | 1997-08-26 | Zollner Corporation | Cast piston having reinforced combustion bowl edge |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102010062711A1 (de) | 2010-12-09 | 2012-06-14 | Federal-Mogul Nürnberg GmbH | Verfahren zum Herstellung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor |
DE102010062711B4 (de) * | 2010-12-09 | 2014-05-15 | Federal-Mogul Nürnberg GmbH | Verfahren zum Herstellung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor |
DE102020200153A1 (de) | 2020-01-08 | 2021-07-08 | Mahle International Gmbh | Verfahren zur Bearbeitung einer Ringnut |
WO2021139997A1 (de) | 2020-01-08 | 2021-07-15 | Mahle International Gmbh | Verfahren zur bearbeitung einer ringnut |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE19815485A1 (de) | 1999-10-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2655940B1 (de) | Kolbenring für einen kolben eines verbrennungsmotors und verfahren zu seiner herstellung | |
DE102005041408A1 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Kolbenrings für Verbrennungsmotoren sowie einen derartigen Kolbenring | |
WO2008155079A2 (de) | Verfahren zur erhöhung der festigkeit eines bauteils | |
DE19810309B4 (de) | Druckring, insbesondere Kolbenring für Aluminiumzylinder sowie Verfahren zu dessen Herstellung | |
DE2756878A1 (de) | Kolben, insbesondere fuer brennkraftmaschinen, wie hochgeschwindigkeits-dieselmotoren sowie verfahren zu seiner herstellung | |
EP2943703B1 (de) | Kolbenring für brennkraftmaschinen mit erhöhter ermüdungsfestigkeit und verfahren zu dessen herstellung | |
DE19815485C2 (de) | Kolben für Brennkraftmaschinen | |
EP2441549A2 (de) | Verfahren zur mechanischen Bearbeitung eines abgasführenden Oberflächenbereichs eines Brennkraftmaschinen- oder Kurbelgehäusebestandteils sowie Brennkraftmaschinen-Kurbelgehäuse und Zylinderlaufbuchse | |
EP2285998B1 (de) | Verfahren zur herstellung eines kolbens für einen verbrennungsmotor sowie kolben für einen verbrennungsmotor | |
DE4402090A1 (de) | Kolben für Verbrennungsmotoren | |
EP1430211B1 (de) | Verfahren zur herstellung eines kolbens oder kolbenbodens für einen verbrennungsmotor | |
EP3601629B1 (de) | Kolbenring mit kugelgestrahlter einlaufschicht und verfahren zur herstellung | |
EP1000259B1 (de) | Pleuel mit einem mehrlagigen thermisch gespritzten porösen lagerschicht | |
DE102004024576A1 (de) | Pleuel für eine Brennkraftmaschine sowie Verfahren zu dessen Herstellung | |
DE102020200153A1 (de) | Verfahren zur Bearbeitung einer Ringnut | |
EP1570102B1 (de) | Verfahren zum beschichten von kolbenringen für verbrennungsmotoren | |
DE10311149A1 (de) | Verfahren zur Herstellung eines geschmiedeten Kolbens für einen Verbrennungsmotor | |
EP1000257B1 (de) | Pleuel mit einem lagermetall | |
DE10059903B4 (de) | Kolben mit Verschleißschutzschicht | |
DE19815484C1 (de) | Kolbenring für Brennkraftmaschinen | |
DE102012201342A1 (de) | Verfahren zur Herstellung einer Innenfläche einer Bohrung mit lokal unterschiedlichen Rauheitsstrukturen und Bauteil mit einer Bohrung mit lokal unterschiedlichen Rauheitsstrukturen | |
EP1225348B1 (de) | Werkstoffverbund-Bauteil mit einer Bruchfläche sowie Verfahren zur Vorbereitung einer Bruchtrennstelle | |
DE102007056658A1 (de) | Verfahren zum Erhöhen der Dauerfestigkeit von Kurbelwellen | |
DE10135618C1 (de) | Verfahren zur Herstellung von Zylinderlaufbahnen, insbesondere Al-Si-Laufbahnen mit gesteigerter Verschleißfestigkeit | |
DE10045174B4 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Kolbens |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8363 | Opposition against the patent | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |