DE2108170A1 - Gepreßter Leichtmetallkolben für Brenn kraftmaschinen, Kompressoren, Pumpen oder dergleichen - Google Patents

Description

• Gepreßter Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen, Kompressoren, Pumpen oder dergleichen Die Erfindung betrifft einen gepreßten Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen, Kompressoren, Pumpen oder dergleichen, bei dem ein Kolbenring in einem Nutringträger aus verschleißfestem Hartmetall eingesetzt ist.
• Die Abdichtung des Verdichtungsraumes bei Kolbenmaschinen zwischen Zylinder und Kolben erfolgt über die federnd in den Kolbenringnuten gelagerten Kolbenringe. Für die Wirksamkeit der Abdichtung ist es von besonderer Bedelztungt daß die Auflageflächen der Kolbenringnuten eben bleiben, so daß ein Verkanten der Kolbenringe verhindert wird. Da ein solcher Kolbenring auch in axialer Richtung des Kolbens beansprucht wird, wirken über den Ring Querkräfte auf seine Auflageflächen. Die Kolbenringnuten werden daher im vorderen Bereich hoch beansprucht. Das gilt besonders für den dem Verdichtungsraum am nächsten liegenden Kolbenring bzw für seine Nut. Insbesondere bei Leichtmetallkolben verlieren daher diese Ringnuten ihren rechteckigen Querschnitt, das heißt sie werden im vorderen Bereich ausgeschlagen und abgeschrägt. Dadurch wird die Abdichtungswirkung der Kolbenringe verschlechtert, das verdichtete Medium kann durch die Nut hindurchtreten und im Falle von Verbrennungsgasen die Schmierschicht zerstören. Außerdem treten in diesem Bereich erhebliche Temperaturerhöhungen auf, die den Verschleiß des Kolbenringes und seiner Nut beschleunigen.
• Es sind daher bereits Leichtmetallkolben vorgeschlagen worden, bei denen Nutringträger aus verschleißfestem Material mit dem Kolben umgossen werden. Diese Nutringträger haben dabei verschiedene Vorsprünge zur Verklammerung mit dem umgebenden Kolbenmaterial. Die Kolbenringe werden bei dieser Konstruktion in die Nuten im Nutringträger eingesetzt. Auf diese Weise lassen sich jedoch nur gegossene Leichtmetallkolben herstellen, die gegenüber gepreßten Kolben den Nachteil der geringeren Festigkeit haben. Insbesondere bei Kolben für Dieselkraftmaschinen besteht die Gefahr, daß die Kolben im Zylinder festklemmen. Bei einem gegossenen Kolben wird in der Regel dabei das Kolbenbolzenlager abreißen, so daß die Gefahr besteht, daß das nunmehr frei laufende Pleuel den Zylinder und die umgebenden Teile zerschlägt. Die Gefahr des Abreißens des Kolbenbolzenlagers kann durch die Verwendung von gepreßten Leichtmetallkolben mit höherer Festigkeit vermieden werden. Bisher war es jedoch nicht möglich, bei diesen gepreßten Leichtmetallkolben geeignete Nutringträger aus verschleißfestem Material einzusetzen.
• Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, einen gepreßten Leichtmetallkolben mit einem geeigneten Nutringträger aus zur rüsten und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kolbens vorzuschlagen.
• Die Erfindungsaufgabe wird an einem gepreßten Leichtmetallkolben der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß mindestens in der dem Verdichtungsraum am nächsten gelegenen Nut durch Flammspritzen ein Nutringträger eingebracht ist, in dem nach Ausarbeitung der Nut der Kolbenring eingesetzt ist. Dabei kann es bereits ausreichend sein, daß der Nutringträger nur um den vorderen Teil der den Kolbenring aufnehmenden Nut vorgesehen ist.
• Das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen gepreßten Kolbens ist durch nachfolgende Bearbeitungsschritte gekennzeichnet: a) Pressen des Kolbens mit glatter Mantel fläche, b) Einstechen einer Nut zur Aufnahme des Nutringträgers und gegebenenfalls weiterer Nuten zur Aufnahme von Kolbenringen, c) Einbringen des Nutringträgermaterials durch Flanspritzen eines verschleißfesten Hartmetalls mit einem nahezu dem Kolbenmaterial entsprechenden Wärmeausdehnungskoeffizienten, d) Abdrehen der Mantelfläche und Einstechen der Nut für den Kolbenring in den Nutringträger.
• Das erfindungsgemäße Verfahren kann dahingehend abgewandelt werden, daß der Nutringträger in die entsprechende Nut eingepreßt wird, wobei die Berührungsflächen zwischen dem Trägermaterial und dem Leichtmetall des Kolbens durch Elektronenstrahlschweißung verbunden werden.
• Die Erfindung ermöglicht den an sich bekannten Einsatz des verschleißfesten Nutringträgers an gepreßten Leichtmetallkolben und verbindet damit die günstigen Festigkeitseigenschaften des gepreßten Kolbens mit den bisher bekannten Vorteilen des Nutringträgers an gegossenen Kolben.
• An Hand von abBebildeten Ausführungsbeispielen wird im folgenden die Erfindung erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Teilschnitt durch einen gegossenen Kolben mit einem den Kolbenring vollständig umgebenden Nutringträger, Fig. 2 einen Teilschnitt durch einen anderen Kolben, bei dem der Nutringträger nur im vorderen Teil der Nut des Kolbenringes vorgesehen ist.
• Bei beiden Ausführungsarten wird zunächst der Kolben 1 bzw. 11 mit glatter Mantelfläche gepreßt und gegebenenfalls abgedreht.
• In Fig. 1 ist die dem Verdichtungsraum am nächsten liegende Nut 3 in einer Höhe und Tiefe eingestochen, so daß ein entsprechender Nutringträger 5 eingebracht werden kann. Diese Nut ist durch Flammspritzen eines geeigneten, verschleißfesten Materials ausgefüllt worden, wobei darauf zu achten ist, daß dieses Material einen dem Kolbenmaterial nahezu entsprechenden Wärmeausdehnungskoeffizienten hat. Bekanntermaßen wird beim Flammspritzen, entweder von Pulver- oder Drahtmaterial, die Haftung im Grundmaterial durch eine mechanische Verklammerung des Spritzgutes mit den Rauhtiefen des Grundwerkstoffs erreicht.
• Der Nutringträger erhält auf jeden Fall eine ausreichend feste Verbindung mit dem Kolben.
• Nach Einbringen des Flammspritzmaterials wird der Kolben nochmals abgedreht. Danach erfolgt das Einstechen der Kolbenringnut 6 im Bereich des Nutringträgers 5. Anschließend wird der Kolben ring 7 eingesetzt. Gleichzeitig mit dem Einstechen der Nut 3 können weitere Kolbenringnuten 4 unterhalb der Nut 3 eingestochen werden. In die Nuten 4 können die Kolbenringe unmittelbar eingesetzt werden.
• Beim Kolben 11 gemäß Fig. 2 ist zur Einbringung des Nutringträgers 15 nur eine entsprechend hohe Nut 13 mit geringerer Tiefe eingestochen worden. Nach Ausfüllen dieser Nut durch Flammspritzen mit dem verschleißfesten Material erfolgt wiederum das Einstechen der eigentlichen Nut 16 für den Kolbenring 17. Dabei ist ersichtlich, daß der Nutringträger 15 nur im vorderen Teil 16a der Nut 16 vorgesehen ist. In diesem Bereich wird die Nut aber auch im wesentlichen nur durch den Kolbenring 17 beansprucht.
• Auch bei dieser Ausführung können wiederum in der Mantelfläche 12 weitere Nuten für Kolbenringe eingestochen sein.
• Bei Bedarf können in einem solchen Leichtmetallkolben untereinander mehrere Nuten mit Nutringträgern vorgesehen sein.
• Statt des Einbringens des Nutringträgermaterials durch Flammspritzen ist auch das Einpressen des Nutringträgers möglich, wobei die Berührungsflächen zwischen dem Trägermaterial und dem Leichtmetall des Kolbens durch Elektronenstrahlschweißung verbunden werden.

Claims (4)

1. Ansprüche

   Gepreßter Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen, Kompressoren, Pumpen oder dergleichen, bei dem ein Kolbenring in einem Nutringträger aus verschleißfestem Hartmetall eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens in der dem Verdichtungsraum am nächsten gelegenen Nut (3) durch Flammspritzen ein Nutringträger (5) eingebracht ist, in dem nach Ausarbeitung der Nut (6) der Kolbenring (7) eingesetzt ist.
2. 2. Leichtmetallkolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nutringträger (15) nur im vorderen Teil (16a) der den Kolbenring (17) aufnehmenden Nut (16) vorgesehen ist.
3. 3. Verfahren zur Herstellung eines gepreßten Kolbens nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch nachfolgende Bearbeitungsschritte: a) Pressen des Kolbens mit glatter Mantelfläche, b) Einstechen einer Nut zur Aufnahme des Nutringträgers und gegebenenfalls weiterer Nuten zur Aufnahme von Kolbenringen, c) Einbringen des Nutringträgermaterials durch Flammspritzen eines verschleißfesten Hartmetalls mit einem nahezu dem Kolbenmaterial entsprechenden Wärmeausdehnungskoeffizienten, d) Abdrehen der Mantelfläche und Einstechen der Nut für den Kolbenring in den Nutringträger.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Nutringträger in die entsprechende Nut eingepreßt wird, wobei die Berührungsflächen zwischen dem Trägermaterial und dem Leichtmetall des Kolbens durch Elektronenstrahlschweißung verbunden werden.

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