DE2027649A1

DE2027649A1 - Leichtmetallkolben für Verbrennungskraftmaschinen

Info

Publication number: DE2027649A1
Application number: DE19702027649
Authority: DE
Inventors: Gerhard 7107 Bad Wimpfen Schieber
Original assignee: Karl Schmidt Gmbh, 7107 Neckarsulm
Priority date: 1970-06-05
Filing date: 1970-06-05
Publication date: 1971-12-09

Description

L e i c h t m e t a l l k o l b e n f ü r V e r b r e n n u n g s -k r a f t m a s c h i n e n Die Erfindung betrifft einen aus einer Aluminiumlegierung bestehenden Kolben für Verbrennungskraftmaschinen, der mit einem durch Auftragsschweißung aufgebrachten vom Kolbenwerkstoff unterschiedlichen Leichtmetallwerkstoff bewehrt ist.
Reinaluminium ist als Kolbenwerkstoff ungeeignet. Die gestellten Anforderungen a) ausreichende Festigkeit und Härte bei erhöhten Temperaturen b) möglichst in der Nähe des Graugusses liegender, niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient c) gute Gleiteigenschaften und hohe Verschleißfestigkeit können nur mit zweckmäßig ausgewählten IELegierungen, nämlich vorzugsweise durch eutektische und übereutektische siliziumhaltige Aluminiumlegierungen, erfüllt werden. Diese weisen die Vorteile vergleichsweise geringer WSrmeausdehnung, hoher Verschleißfestigkeit und guter Festigkeit auf und stellen praktisch einen Kompromiß aus denjenigen Werkstoffen dar, die je nach Beanspruchungsart in denverschiedenen Kolbenzonen angeordnet sein müßten.
Zur Beseitigung der sich aus diesem Kompromiß ergebenden unvermeidharen nachteiligen Eigenschaften im Hinblick auf die durch die Werkstoffeigenschaften wie Wärmedehnung, Festigkeit, Laufverhalten bedingte Gestaltfestigkeit der verschiedenen Kolbenzonen ist in der DT-PS B34 793 vorgeschlagen worden, daß besonderen thermischen Beanspruchungen ausgesetzte Teile, z.B. der Bodenfläche und/oder der Ringzone, durch Oxydeinschlusse enthaltendes eingegossenes oder eingepreßtes Sinteraluminiuin gebildet werden Bekannt ist auch, den Kolbenboden zur Vermeidung von Überhitzungserscheinungen mit einer angegossenen Aluminiumschicht zu überziehen. Dabei ergeben sich jedoch die Nachteile, daß die Trennzone zwischeil dem Kolbenwerkstoff und dem Aluminium nicht gleichmäßig positionert werden kann. Ferner führt der den Werkstoffen eigene unterschiedliche Ausdehnungskoeffizient zu unzulässigen Spannungen in der Verbindungszone.
Weiterhin ist durch die DAS 1 122 325 vorgeschlagen worden bei einem Leichtmetallkolben mit einem im Kolbenboden vorgesehenen Brennraum den Mündungsrand mit einer von der Art des übrigen Kolbenwerkstoffes abweichenden und besser als dieser Werkstoff wärmeleitenden Leichtmetallbewehrung, die vorzugsweise aus Reinaluminium besteht und durch Austragsschweißung aufgebrachtist, zu versehen, um den gefürchteten Wärmerissen am Mündungsrand des Brennraums entgegen wirken Es wurde nun gefunden, daß die Gestaltfestigkeit eines Aluminium#### ###kolbens insgesamt verbessert wird> wenn die besonderen thermischen und/oder mechanischen Belastungen ausgesetzten Aluminiumkolbenteile mit einem der jeweiligen Belastung gerecht werdenden; durch Auftragsschweißung unter Bildung einer Mischzone aufgebrechten Leichtmetallwerkstoff bewehrt sind.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Kolbenboden mit einem Leichtmetallwerkstoff hoher Temp eraturs chockb eständigkeit bewehrt, während die stark beanspruchten Teile der Kolbenbolzennaben insbesondere im Bereich der Kolbenbolzennabenscheitel mit einem Leichtmetallwerkstoff großer Elastizität und plastischer Verformbarkeit. z. B. AlSi 12 und die Kolbenringnuten insbesondere die kolbenbod ens eitige Ringnut mit einem Leichtmetallwerkstoff hoher Verschleißfestigkeit z. B. einer übereutektis chen Aluminium-Silizium-Legierung bewehrt sind.
Die durch Auftragsschweißung hergestellte Mischzone bildet einen kontinuierlichen Übergang vom Kolb enwerks toff zum aufgeschweißten Leichtmetallwerkstoff, wodurch eine gute spannungsfreie Verbindung zwischen den beiden Werkstoffen erzielt wird. Die Anzahl der erforderlichen Schweißumläufe richtet sich nach der zwischen dem Ausdehnungskoeffizienten des Kolbenwerkstoffs und dem des aufzuschweißenden Werkstoffs bestehenden Differenz, wobei pro Differenzpunkt mindestens ein vorzugsweise zwei bis drei Schweißumläufe erforderlich sind.
Bei der Bewehrung der einzelnen Kolbenteile mittels eines Leichtmetallwerkstoffs, der einen kleineren Ausdehnungskoeffizienten als der Kolbenwerkstoff selbst besitzt, wird durch einen oder mehrere Schweißumläufe eine Mischung zwischen Kolben-und Auftragswerkstoff in der Weise erzielt, daß eine kontinuierliche Veränderung des Ausdehnungskoeffizienten des Kolbenwerkstoffs zu dem des aufgeschweißten Leichtmetallwerkstoffs entsteht.
Die Erfindung, die in den Zeichnungen beispielhaft dargestellt ist, wird im folgenden näher erläutert: Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Verbrennungskraftmaschinenkolben 1, bestehend aus der Legierung AlSil2CuNiMg, wobei gemäß Fig. 2, die eine Teilansicht aus Fig. 1 darstellt, der Kolbenboden 2 im Bereich des Mündungsrandes 3 des Brennraumes mit einer unter Bildung einer Mischzone aufgeschweißten Reinaluminiumschicht über -zogen ist, In Fig. 3, die eine Teilansicht aus Fig. 1 wiedergibt, ist der Scheitel 5 der Bolzennabe 4 mit einem AlSi12-Werkstoff unter Bildung einer Mischzone überzogen. In Fig. 4, die eine Teilansicht aus Fig. 1 darstellt, ist die kolbenbodenseitige Ringnute 6 mit einer eine Mischzone bildenden A1Si25CuNiPI/Ig-Schicht bewehst.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß Spannungsrisse im Bereich des Kolbenbodens sowie im Bereich der Kolbenbolzennaben verhindert und die Verschleißfestigkeit im Ringnutenbereich wesentlich erhöht wird, so daß auf die Anordnung von Ringträgern verzichtet werden kann.
PATENTANSPRÜCHE

Claims

PATENTANSPRÜCHE 1) Kolben aus einer Aluminiumlegierung für Verbrennungskraftmaschinen, der mit einem durch Auftragsschweißung aufgebrachten vom Kolbenwerkstoff unterschiedlichen Leichtmetallwerkstoff bewehrt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die unter Bildung einer Mischzone auf die besonderen thermischen und/oder mechanischen Belastungen ausgesetzten Kolbenteile aufgetragene Leichtmetallbewehrung der jeweiligen Belastung der Kolbenteile angepasst ist.
2) Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenboden mit einem Leichtmetallwerkstoff hoher Temperaturschockbeständigkeit bewehrt ist.
3) Kolben nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bolzennaben insbesondere im Bereich ihrer Scheitel mit einem Leichtmetallwerkstoff großer Elastizität und hoher Verformbarkeit bewehrt sind.
4) Kolben nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenringnuten vorzugsweise die kolbenbodenseitige Kolbenringnute mit einem Leichtmetallwerkstoff hoher Verschleißfestigkeit z. B. einer übereutektischen Aluminium-Silizium-Legierung bewehrt sind.
5) Verfahren zur Herstellung des Kolbens nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Anzahl der erforderlichen Schweißumläufe nach der zwischen dem Ausdehnungskoeffizienten des Kolbenwerkstoffs und dem des Auftragswerkstoffs bestehenden Differenz richtet wobei pro Differenzpunkt mindestens ein vorzugsweise zwei bis drei Schweißumläufe erforderlich sind.

L e e r s e i t e