EP1466683A1 - Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor sowie Kolben für einen Verbrennungsmotor - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor sowie Kolben für einen Verbrennungsmotor Download PDF

Info

Publication number
EP1466683A1
EP1466683A1 EP04006366A EP04006366A EP1466683A1 EP 1466683 A1 EP1466683 A1 EP 1466683A1 EP 04006366 A EP04006366 A EP 04006366A EP 04006366 A EP04006366 A EP 04006366A EP 1466683 A1 EP1466683 A1 EP 1466683A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
insert
internal combustion
combustion engine
base body
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.)
Withdrawn
Application number
EP04006366A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Simon Dr. Reichstein
Lothar Hofmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Federal Mogul Nuernberg GmbH
Original Assignee
Federal Mogul Nuernberg GmbH
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Federal Mogul Nuernberg GmbH filed Critical Federal Mogul Nuernberg GmbH
Publication of EP1466683A1 publication Critical patent/EP1466683A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00Pistons 
    • F02F3/26Pistons  having combustion chamber in piston head
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B22D19/0009Cylinders, pistons
    • B22D19/0027Cylinders, pistons pistons
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00Pistons 
    • F02F3/0084Pistons  the pistons being constructed from specific materials
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00Pistons 
    • F02F3/02Pistons  having means for accommodating or controlling heat expansion
    • F02F3/04Pistons  having means for accommodating or controlling heat expansion having expansion-controlling inserts
    • F02F3/045Pistons  having means for accommodating or controlling heat expansion having expansion-controlling inserts the inserts being located in the crown
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00Pistons 
    • F02F3/28Other pistons with specially-shaped head
    • F02F3/285Other pistons with specially-shaped head the head being provided with an insert located in or on the combustion-gas-swept surface

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a Pistons for an internal combustion engine and a piston for an internal combustion engine.
  • Pistons from internal combustion engines are common during the Operation high loads, especially thermal Exposed to stress.
  • Areas of the piston vary considerably Exposed to stresses and temperatures.
  • temperatures occurring in one extensive area.
  • mechanical stress at different points of the piston occur and overlap the temperature field.
  • Area of a piston, in particular a diesel piston the is known to be claimed in a special way, is the Edge of the combustion chamber trough.
  • the invention has for its object a method for Creating a piston that is designed with regard to the high temperature resistance and resilience in particular critical areas is improved. Furthermore, a piston should with these characteristics.
  • the manufacturing process a piston for an internal combustion engine prepared. This is suitably converted into one Piston base body used and preferably with this connected.
  • the stake is at least partially remelted. Furthermore, at least the melting takes place immediate environment of use in the Piston base body.
  • the invention is based on the basic idea that Properties of the particularly stressed areas To improve piston on the one hand by using it with particularly favorable properties is introduced.
  • deployment can be extremely simple and provides essentially just a stock of certain Elements representing an improvement in properties to care.
  • These have the effect that the Use in the process according to the invention is remelted.
  • This poses a special fine structure of the insert.
  • Such a structure shows significantly improved high temperature properties on and increases, as tests show, the resilience of the particularly critical areas of a piston.
  • Way also takes place in the context of remelting the insert a fusion with the piston body.
  • This is a particularly intimate connection with the piston body reached. This takes place in the transition area between Insert and piston body a flowing and gradual and never abrupt changes in properties.
  • the insert can be manufactured inexpensively is.
  • the desired properties are about it in particular by remelting the insert and the particularly fine structure achieved thereby ensures.
  • the initial insertion can also be done if necessary, the connection of the insert with the Piston base body are comparatively loose. It does not necessarily have sufficient strength for this first connection can be achieved because the required firm connection when remelting the insert to a certain extent automatically due to the merger with the surrounding piston material takes place.
  • the material of the insert can differ from that differentiate other piston material. This is one particularly good adaptation of the material used in each case possible to meet the requirements of certain areas of the Be piston. In particular, the material of the Use for the occurring loads in the particular critical areas, such as the trough edge, be adjusted.
  • the piston material in the Incidentally so far for the requirements in the particularly stressed areas had to be designed, largely exclusively according to the requirements in others, areas that may be critical in other respects be interpreted. This is, for example those areas where a cooling duct or the Piston pin bore is to be formed. Having something here other needs than in the area of Trough edge, the piston material can be used especially for those areas are designed where the Piston material remains on the finished piston and not is replaced by the insert. Furthermore, the use especially targeted for the requirements with regard to the High temperature resistance can be designed. Hence can the properties of the piston in all critical Areas to be improved.
  • a Aluminum alloy especially a cast aluminum alloy prefers. This unfolds with these materials
  • the inventive method in a special way Benefits. However, it should be noted that this is basically also applicable to a piston made of steel.
  • the properties of a can be particularly extensive the piston produced by the method according to the invention be improved when the material of the insert, especially the aluminum alloy, a higher proportion of Contains alloying elements, which the Increase high temperature strength than the material of the Piston base body, especially the one used Aluminum alloy.
  • the material of the insert especially the aluminum alloy
  • a higher proportion of Contains alloying elements which the Increase high temperature strength than the material of the Piston base body, especially the one used Aluminum alloy.
  • it can be used alloy used a higher proportion of one or more of the following alloy elements: silicon, copper, Nickel, magnesium, iron.
  • piston base body For the first connection of the insert with Pouring is currently preferred for the piston base body.
  • the remelt of the insert where the insert preferably completely liquid at least in some areas is preferably carried out by a deep welding process.
  • a deep welding process for example, electron beam welding, an arc welding, a plasma welding, a TIG welding or laser welding.
  • any method is suitable in which the Use at least in those zones after a possible post-processing in particularly stressed areas remain, as well as at the interfaces to the Piston material can be remelted.
  • the insert can initially be used as a mere "package” or "stock” of elements provided for the Areas particularly exposed to high temperature resistance increase. Therefore, the use can initially be one if possible have simple shape. In the context of the Invention Method, however, it is preferred that the piston, in particular in the area of use. For example, a combustion chamber trough can be used here be worked out.
  • an optimization of the invention Procedure take place in that at least those parts the use that remains after the post-processing, be remelted.
  • the melting in those areas that are involved in post-processing, for example, to form a combustion chamber trough be omitted.
  • a piston according to claim 9 This has one Piston base and at least one insert that is fixed is connected to the piston body, the insert and at least the areas of the piston body that are are in the immediate vicinity of the mission, at least are partially remelted.
  • the fact that here Remelting was made, is recognizable by the extreme fine structure of the remelted areas.
  • the Piston according to the invention is thus characterized in that in the field of use, which particularly temperature-stressed areas is provided, on the one hand advantageous, finer structure is present, and secondly the material used by suitable, already above Alloying elements mentioned to those in these areas occurring requirements is adjusted.
  • the transition between the insert and the piston material is through the Remelt especially at this interface fluently.
  • the piston according to the invention can therefore also be described by making a bet from a material other than the piston material that with the piston material is fused.
  • a material other than the piston material that with the piston material is fused Preferably changes the material composition between the insert and the Piston material gradually, and preferably point at least Parts of the insert and areas of the piston body a finer structure at least in the area of use on as remaining areas of the piston material.
  • Pistons essentially correspond to those pistons that through the preferred embodiments of the invention Process can be produced. This can be the case Pistons according to the invention in particular around a diesel piston, which is preferably attributed to the highly loaded diesel piston is act. Furthermore, the piston preferably has one Combustion chamber trough that is trained in the area of use is.
  • Fig. 1 is schematically a mold 10 and one therein insert 12 shown.
  • the use in particular provided adjacent to an edge of the mold because the use is typically in the final state of the Piston forms an edge region of the piston.
  • the use in particular provided adjacent to an edge of the mold because the use is typically in the final state of the Piston forms an edge region of the piston.
  • the use in particular provided adjacent to an edge of the mold because the use is typically in the final state of the Piston forms an edge region of the piston.
  • Be As already in 1 can be seen, for example, in Form a thick disc or large tablet in which Be provided area that later forms the piston crown. This area is located in Fig. 1 at the bottom.
  • the Use in this area especially the interior Form the area of the piston crown, as it were ring-shaped on the finished piston in the area 14 of the Piston material used is provided.
  • FIG Fig. 2 Pouring the insert 12 with the piston material 16 is shown in FIG Fig. 2 shown.
  • the one provided with the insert 12 Casting mold 10 is filled with piston material 16, so that the Insert 12 subsequently poured into piston material 16 is.
  • 3 schematically shows the remelting of the insert 12 and the resulting fusion with the surrounding Piston material 16 shown.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)

Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor wird zumindest ein Einsatz vorbereitet und in einen Kolbengrundkörper eingesetzt. Schließlich wird der Einsatz sowie zumindest die unmittelbare Umgebung des Einsatzes in dem Kolbengrundkörper zumindest teilweise umgeschmolzen. Ein Kolben weist einen Kolbengrundkörper und zumindest einen Einsatz auf, der mit dem Kolbengrundkörper verbunden ist, wobei der Einsatz sowie zumindest die unmittelbare Umgebung des Einsatzes in dem Kolbengrundkörper zumindest teilweise umgeschmolzen ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor sowie einen Kolben für einen Verbrennungsmotor.
Kolben von Verbrennungsmotoren sind allgemein während des Betriebes hohen Belastungen, insbesondere thermischen Belastungen ausgesetzt. Hierbei sind unterschiedliche Bereiche des Kolbens in erheblichem Ausmaß unterschiedlichen Beanspruchungen und Temperaturen ausgesetzt. Beispielsweise variieren die an einem Kolben, insbesondere eines Dieselmotors, auftretenden Temperaturen in einem umfangreichen Bereich. Hinzukommen unterschiedliche Arten mechanischer Beanspruchung, die an unterschiedlichen Stellen des Kolbens auftreten und das Temperaturfeld überlagern. Ein Bereich eines Kolbens, insbesondere eines Dieselkolbens, der bekanntermaßen in besonderer Weise beansprucht ist, ist der Rand der Brennraummulde.
Stand der Technik
Zur Verstärkung der besonders beanspruchten Bereiche eines Kolbens ist es bekannt, diese Bereiche lokal zu verstärken. Beispielsweise wurden in der Vergangenheit häufig Einsätze aus Materialien mit besonders günstigen Hochtemperatureigenschaften an den besonders beanspruchten Bereichen vorgesehen. Diese Einsätze können mit dem Kolben durch Schweißen verbunden werden. Hierbei bleibt die Struktur des Verstärkungseinsatzes in den besonders beanspruchten Bereichen erhalten. Dementsprechend sind die Anforderungen an die Eigenschaften und die Struktur der verwendeten Einsätze sehr hoch. Insbesondere können die erforderlichen Eigenschaften häufig nur durch besonders aufwändige Verfahren erreicht werden, wodurch derartige Einsätze nur mit erheblichen Kosten herzustellen sind.
Ferner ist es bekannt, durch Schweißverfahren das Gefüge in den besonders beanspruchten Zonen des Kolbens zu verändern, und gegebenenfalls durch Zugabe eines Zusatzwerkstoffes die lokale Werkstoffzusammensetzung zu verändern. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in der DE 102 34 669 und der EP 03 003 199 der Anmelderin beschrieben. Eine Einschränkung besteht hierbei jedoch dadurch, dass als Zusatzwerkstoff im Wesentlichen der Kolbenwerkstoff als Basiswerkstoff eingebracht werden muss, und andere Elemente nur in begrenztem Umfang zugefügt werden können.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbens zu schaffen, der im Hinblick auf die Hochtemperaturbeständigkeit und Belastbarkeit besonders kritischer Bereiche verbessert ist. Ferner soll ein Kolben mit diesen Merkmalen zur Verfügung gestellt werden.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt zum einen durch das im Anspruch 1 beschriebene Verfahren.
Demzufolge wird im Rahmen des Verfahrens der Herstellung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor ein Einsatz vorbereitet. Dieser wird in geeigneter Weise in einen Kolbengrundkörper eingesetzt und bevorzugt mit diesem verbunden. Abschließend wird der Einsatz zumindest teilweise umgeschmolzen. Ferner erfolgt ein Umschmelzen zumindest der unmittelbaren Umgebung des Einsatzes in dem Kolbengrundkörper.
Der Erfindung liegt der Grundgedanke zugrunde, die Eigenschaften der besonders beanspruchten Bereiche eines Kolbens zum einen dadurch zu verbessern, dass.ein Einsatz mit besonders günstigen Eigenschaften eingebracht wird. Dieser Einsatz kann jedoch äußerst einfach gestaltet sein und stellt im Wesentlichen lediglich einen Vorrat an bestimmten Elementen dar, die für eine Verbesserung der Eigenschaften sorgen. Diese entfalten dadurch ihre Wirkung, dass der Einsatz im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens umgeschmolzen wird. Hierdurch stellt sich ein besonders feines Gefüge des Einsatzes ein. Ein derartiges Gefüge weist erheblich verbesserte Hochtemperatureigenschaften auf und erhöht, wie Versuche zeigen, die Belastbarkeit der besonders kritischen Bereiche eines Kolbens. In besonders vorteilhafter Weise erfolgt im Rahmen des Umschmelzens des Einsatzes auch ein Verschmelzen mit dem Kolbengrundkörper. Hierbei wird eine besonders innige Verbindung mit dem Kolbengrundkörper erreicht. Hierdurch findet in dem Übergangsbereich zwischen Einsatz und Kolbengrundkörper ein fließender und allmählicher und keinesfalls abrupter Wechsel der Eigenschaften statt. Deshalb können bislang auftretende Probleme, beispielsweise Risse an der Verbindung zwischen einem hochfesten Einsatz und dem Kolbengrundkörper vermieden werden. Es ist darüber hinaus zu betonen, dass in wirtschaftlich vorteilhafter Art und Weise durch einen einzigen Verfahrensschritt, nämlich das Umschmelzen des Einsatzes, sowohl die Gefügeveränderung des Einsatzes als auch dessen feste Verbindung und das Verschmelzen mit dem Kolbengrundkörper bewirkt werden kann.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen somit zum einen darin, dass der Einsatz kostengünstig herstellbar ist. Insbesondere sind hierbei keine aufwändigen Verfahren zur Erreichung von günstigen Hochtemperatureigenschaften erforderlich. Vielmehr dient der Einsatz dazu, bestimmte, für die Hochtemperatureigenschaften günstige Elemente einzubringen. Die gewünschten Eigenschaften werden darüber hinaus insbesondere durch das Umschmelzen des Einsatzes und das dadurch erreichte, besonders feine Gefüge gewährleistet. Zum anderen kann das zunächst erfolgende Einsetzen wie auch gegebenenfalls die Verbindung des Einsatzes mit dem Kolbengrundkörper vergleichsweise lose ausgeführt werden. Es muss nicht notwendigerweise eine ausreichende Festigkeit für diese zunächst erfolgende Verbindung erreicht werden, da die erforderliche feste Verbindung beim Umschmelzen des Einsatzes gewissermaßen automatisch aufgrund des Verschmelzens mit dem umgebenden Kolbenwerkstoff erfolgt.
Da der Einsatz zwar mit dem Kolbenwerkstoff an seinem Rand verschmilzt, jedoch weiterhin einen von dem Kolbengrundkörper abgegrenzten Gegenstand darstellt, bestehen keine nennenswerten Beschränkungen im Hinblick auf das Material des Einsatzes. Während bei dem bislang bekannten Einbringen von Zusatzwerkstoffen nur in begrenztem Umfang weitere Legierungselemente hinzugefügt werden konnten, kann der Einsatz eine für die Verbesserung der Eigenschaften günstige, grundsätzlich beliebige Menge anderer Elemente enthalten, und in dem letztendlich hergestellten Kolben können diese Elemente ihre Vorteile voll entfalten. Durch die Auswahl geeigneter Parameter bei dem Umschmelzen des Einsatzes kann der Übergang zwischen dem Einsatz und dem Kolbenwerkstoff in geeigneter Weise gestaltet werden. Beispielsweise kann, so zeigen Versuche, im Bereich dieses Übergangs eine Vermischung des eigentlichen Kolbenwerkstoffs mit dem Material des Einsatzes zugelassen werden. Hierdurch wird dieser Übergang besonders weich gestaltet, und die Gefahr von Rissen und dergleichen infolge eines abrupten Übergangs kann umfangreich eingegrenzt werden.
Schließlich kann sich das Material des Einsatzes von dem sonstigen Kolbenwerkstoff unterscheiden. Hierdurch ist eine besonders gute Anpassung des jeweils verwendeten Werkstoffs an die Anforderungen möglich, die an bestimmte Bereiche des Kolbens gestellt werden. Insbesondere kann das Material des Einsatzes für die auftretenden Belastungen in den besonders kritischen Bereichen, beispielsweise dem Muldenrand, angepasst werden. Gleichzeit kann der Kolbenwerkstoff im Übrigen, der bislang auch für die Anforderungen in den besonders belasteten Bereichen ausgelegt werden musste, weitgehend ausschließlich nach den Anforderungen in anderen, gegebenenfalls in anderer Hinsicht kritischen Bereichen ausgelegt werden. Hierbei handelt es sich beispielsweise um diejenigen Bereiche, in denen ein Kühlkanal oder die Kolbenbolzenbohrung auszubilden ist. Nachdem sich hier etwas andere Notwendigkeiten ergeben, als in dem Bereich des Muldenrandes, kann der Kolbenwerkstoff besonders für diejenigen Bereiche ausgelegt werden, an denen der Kolbenwerkstoff an dem fertigen Kolben verbleibt und nicht durch den Einsatz ersetzt wird. Ferner kann der Einsatz besonders gezielt für die Anforderungen im Hinblick auf die Hochtemperaturfestigkeit ausgelegt werden. Folglich können die Eigenschaften des Kolbens in sämtlichen kritischen Bereichen verbessert werden.
Bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Für den Werkstoff des Kolbengrundkörpers wird eine Aluminiumlegierung, insbesondere eine Aluminiumgusslegierung bevorzugt. Bei diesen Werkstoffen entfaltet das erfindungsgemäße Verfahren in besonderer Weise seine Vorteile. Es ist jedoch zu erwähnen, dass dieses grundsätzlich auch auf einen Kolben aus Stahl anwendbar ist.
Im Hinblick auf das Material des Einsatzes besteht, wie oben ausgeführt, eine besondere Flexibilität, da nur in geringem Umfang auf eine Verträglichkeit mit dem Werkstoff des Kolbengrundkörpers geachtet werden muss. Gleichwohl wird für das Material des Einsatzes ebenfalls eine Aluminiumlegierung bevorzugt.
Besonders umfangreich können die Eigenschaften eines durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Kolbens verbessert werden, wenn das Material des Einsatzes, insbesondere die Aluminiumlegierung, einen höheren Anteil von Legierungselementen enthält, welche die Hochtemperaturfestigkeit erhöhen, als das Material des Kolbengrundkörpers, insbesondere die dabei verwendete Aluminiumlegierung. Beispielsweise kann die für den Einsatz verwendete Legierung einen höheren Anteil eines oder mehrerer der folgenden Legierungselemente aufweisen: Silizium, Kupfer, Nickel, Magnesium, Eisen.
Für die zunächst hergestellte Verbindung des Einsatzes mit dem Kolbengrundkörper wird derzeit ein Eingießen bevorzugt. Mit anderen Worten wird der Einsatz in einer Gießform angeordnet und wird im Rahmen des Gießvorganges durch den Kolbenwerkstoff umgeben. Gleichwohl kann der Einsatz auch auf andere Weise zunächst mit dem Kolbengrundkörper verbunden oder lediglich in diesen eingesetzt werden. Beispielsweise ist ein Einpressen, ein Einschrumpfen sowie ein Verschweißen des Einsatzes mit dem Kolbengrundkörper möglich.
Das Umschmelzen des Einsatzes, bei dem der Einsatz vorzugsweise zumindest bereichsweise vollständig flüssig wird, erfolgt bevorzugt durch ein Tiefschweißverfahren. Hierbei kann beispielsweise ein Elektronenstrahlschweißen, ein Lichtbogenschweißen, ein Plasmaschweißen, ein WIG-Schweißen oder ein Laserschweißen vorgenommen werden. Im Wesentlichen sind jegliche Verfahren geeignet, bei denen der Einsatz zumindest in denjenigen Zonen, die nach einer möglichen Nachbearbeitung an besonders belasteten Bereichen verbleiben, sowie an den Schnittstellen zu dem Kolbenwerkstoff umgeschmolzen werden kann.
Wie erwähnt, kann der Einsatz zunächst als bloßes "Paket" oder "Vorrat" an Elementen vorgesehen werden, welche für die besonders belasteten Bereiche die Hochtemperaturfestigkeit erhöhen. Deshalb kann der Einsatz anfangs eine möglichst einfache Form aufweisen. Im Rahmen des erfindüngsgemäßen Verfahrens wird jedoch bevorzugt, dass der Kolben, insbesondere im Bereich des Einsatzes, nachbearbeitet wird. Beispielsweise kann hierbei eine Brennraummulde herausgearbeitet werden.
In diesem Fall kann eine Optimierung des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch erfolgen, dass zumindest diejenigen Teile des Einsatzes, die nach der Nachbearbeitung verbleiben, umgeschmolzen werden. Demgegenüber kann das Schmelzen in denjenigen Bereichen, die bei der Nachbearbeitung, beispielsweise zur Ausbildung einer Brennraummulde, entfernt werden, unterbleiben.
Die Lösung der obengenannten Aufgabe erfolgt ferner durch einen Kolben gemäß dem Anspruch 9. Dieser weist einen Kolbengrundkörper und zumindest einen Einsatz auf, der fest mit dem Kolbengrundkörper verbunden ist, wobei der Einsatz und zumindest die Bereiche des Kolbengrundkörpers, die sich in unmittelbarer Umgebung des Einsatzes befinden, zumindest teilweise umgeschmolzen sind. Die Tatsache, dass hier ein Umschmelzen vorgenommen wurde, ist erkennbar an dem äußerst feinen Gefüge der umgeschmolzenen Bereiche. Der erfindungsgemäße Kolben zeichnet sich somit dadurch aus, dass im Bereich des Einsatzes, der an besonders temperaturbelasteten Bereichen vorgesehen ist, zum einen eine vorteilhafte, feinere Struktur vorhanden ist, und zum anderen das verwendete Material durch geeignete, vorangehend bereits erwähnte Legierungselemente an die in diesen Bereichen auftretenden Anforderungen angepasst ist. Der Übergang zwischen dem Einsatz und dem Kolbenwerkstoff ist durch das Umschmelzen insbesondere auch an dieser Schnittstelle fließend. Mit anderen Worten kann sich in dieser Zone das Material des Einsatzes mit demjenigen des Kolbenwerkstoffes vermischen. Aufgrund des Umschmelzens in diesem Bereich tritt auch hier ein sehr feines Gefüge auf. Schließlich ist der Einsatz gewissermaßen mit dem Kolbenwerkstoff verschmolzen und hierdurch besonders gut mit diesem verbunden. Durch den stetigen und nicht diskreten Übergang zwischen dem Einsatz und dem Kolbenwerkstoff kann die Gefahr von Rissbildungen in diesem Bereich erheblich vermindert werden.
Insbesondere kann der erfindungsgemäße Kolben deshalb auch dadurch beschrieben werden, dass er einen Einsatz aus einem anderen Material als dem Kolbenwerkstoff aufweist, der mit dem Kolbenwerkstoff verschmolzen ist. Vorzugsweise ändert sich die Materialzusammensetzung zwischen dem Einsatz und dem Kolbenwerkstoff allmählich, und vorzugsweise weisen zumindest Teile des Einsatzes und Bereiche des Kolbengrundkörpers zumindest in der Umgebung des Einsatzes eine feinere Struktur auf als übrige Bereiche des Kolbenwerkstoffes.
Die bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Kolbens entsprechen im Wesentlichen denjenigen Kolben, die durch die bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens herstellbar sind. Hierbei kann es sich bei dem erfindungsgemäßen Kolben insbesondere um einen Dieselkolben, der vorzugsweise den hochbelasteten Dieselkolben zuzurechnen ist, handeln. Ferner weist der Kolben bevorzugt eine Brennraummulde auf, die im Bereich des Einsatzes ausgebildet ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer beispielhaft in den Figuren dargestellten Ausführungsform näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1
schematisch einen in eine Gießform eingesetzten Einsatz;
Fig. 2
schematisch den in den Kolbenwerkstoff eingegossenen Einsatz;
Fig. 3
schematisch den mit dem Kolbenwerkstoff verschmolzenen Einsatz; und
Fig. 4
den fertiggestellten Kolben mit einem nachbearbeiteten Einsatz.
Ausführliche Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
In Fig. 1 ist schematisch eine Gießform 10 und ein darin eingesetzter Einsatz 12 gezeigt. Hierbei kann der Einsatz insbesondere an einen Rand der Gießform anliegend vorgesehen werden, da der Einsatz typischerweise im Endzustand des Kolbens einen Randbereich des Kolbens bildet. Wie bereits in Fig. 1 zu erkennen ist, kann der Einsatz beispielsweise in Form einer dicken Scheibe oder einer großen Tablette in dem Bereich vorgesehen sein, der später den Kolbenboden bildet. Dieser Bereich befindet sich in Fig. 1 an der Unterseite. Der Einsatz kann in diesem Bereich insbesondere den inneren Bereich des Kolbenbodens bilden, während gewissermaßen ringförmig an dem fertigen Kolben in der Umgebung 14 des Einsatzes Kolbenwerkstoff vorgesehen wird.
Das Umgießen des Einsatzes 12 mit Kolbenwerkstoff 16 ist in Fig. 2 gezeigt. Die mit dem eingesetzten Einsatz 12 versehene Gießform 10 wird mit Kolbenwerkstoff 16 gefüllt, so dass der Einsatz 12 nachfolgend in den Kolbenwerkstoff'16 eingegossen ist. In Fig. 3 ist schematisch das Umschmelzen des Einsatzes 12 und das dadurch erfolgende Verschmelzen mit dem umgebenden Kolbenwerkstoff 16 gezeigt. Durch das Umschmelzen des Einsatzes 12 lösen sich die bislang festen und definierten Grenzen zwischen dem Einsatz 12 und dem Kolbenwerkstoff 16 gewissermaßen auf. Das Material des Einsatzes 12 kann sich zumindest in den Randbereichen des Einsatzes mit dem Kolbenwerkstoff 16 vermischen. Somit liegt ausgehend von dem Bereich im Inneren des Einsatzes, in dem der Einsatz weiterhin vollständig aus dem ursprünglichen Material des Einsatzes besteht, über einen Übergangsbereich an der vormaligen Grenze zwischen dem Einsatz 12 und dem Kolbenwerkstoff 16 zu denjenigen Zonen, in denen der Kolbenwerkstoff 16 in Reinform vorhanden ist, ein fließender Übergang vor. Hierdurch wird, wie erwähnt, zum einen ein sehr feines Gefüge und zum anderen eine innige und gleichzeitig harmonische Verbindung des Einsatzes mit dem Kolbenwerkstoff 16 erreicht.
Abschließend kann, wie in Fig. 4 gezeigt, eine weitere Bearbeitung des fertigen Kolbens, insbesondere im Bereich des Einsatzes 12 erfolgen, beispielsweise um in dem Bereich des Einsatzes 12 eine Brennraummulde 18 auszubilden. Der Rand der Brennraummulde wird somit durch den Einsatz gebildet, dessen Materialzusammensetzung und Gefüge nach dem Umschmelzen in besonderer Weise den Anforderungen in diesem Bereich, insbesondere im Hinblick auf die Hochtemperaturfestigkeit, Rechnung trägt. Hierbei kann der Muldenrand, der durch den Werkstoff des Einsatzes 12 gebildet wird, als armiert bezeichnet werden.

Claims (13)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor mit folgenden Schritten:
    Vorbereiten zumindest eines Einsatzes (12),
    Einsetzen, insbesondere Verbinden des Einsatzes (12) in einen bzw. mit einem Kolbengrundkörper, und
    zumindest teilweises Umschmelzen des Einsatzes (12) und zumindest der unmittelbaren Umgebung des Einsatzes (12) in dem Kolbengrundkörper.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Material des Kolbengrundkörpers eine Aluminiumlegierung, insbesondere eine Aluminiumgusslegierung ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Material des Einsatzes (12) eine Aluminiumlegierung ist.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Material des Einsatzes einen höheren'Anteil von Legierungselementen, welche die Hochtemperaturfestigkeit erhöhen, wie z.B. Silizium, Kupfer, Nickel, Magnesium, Eisen, aufweist als das Material des Kolbengrundkörpers.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Einsatz in den Kolbengrundkörper eingegossen wird.
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Umschmelzen durch ein Tiefschweißverfahren durchgeführt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Kolben insbesondere im Bereich des Einsatzes nachbearbeitet, insbesondere eine Brennraummulde herausgearbeitet wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    zumindest der nach der Nachbearbeitung verbleibende Teil des Einsatzes umgeschmolzen wird.
  9. Kolben für einen Verbrennungsmotor mit einem Kolbengrundkörper und zumindest einem Einsatz (12), der mit dem Kolbengrundkörper fest verbunden ist, wobei der Einsatz (12) sowie zumindest die unmittelbare Umgebung des Einsatzes in dem Kolbengrundkörper zumindest teilweise umgeschmolzen sind.
  10. Kolben nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Kolbengrundkörper aus einer Aluminiumlegierung, insbesondere einer Aluminiumgusslegierung besteht.
  11. Kolben nach Anspruch 9 oder 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Einsatz (12) aus einer Aluminiumlegierung besteht.
  12. Kolben nach einem der Ansprüche 9 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Material des Einsatzes (12) einen höheren Anteil an Legierungselementen, welche die Hochtemperaturfestigkeit erhöhen, wie z.B. Silizium, Kupfer, Nickel, Magnesium, Eisen, aufweist als das Material des Kolbengrundkörpers.
  13. Kolben nach einem der Ansprüche 9 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    dieser eine Brennraummulde (18) aufweist.
EP04006366A 2003-04-08 2004-03-17 Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor sowie Kolben für einen Verbrennungsmotor Withdrawn EP1466683A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2003116002 DE10316002B3 (de) 2003-04-08 2003-04-08 Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor
DE10316002 2003-04-08

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1466683A1 true EP1466683A1 (de) 2004-10-13

Family

ID=32864373

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP04006366A Withdrawn EP1466683A1 (de) 2003-04-08 2004-03-17 Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor sowie Kolben für einen Verbrennungsmotor

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP1466683A1 (de)
JP (1) JP2004308661A (de)
DE (1) DE10316002B3 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006048153A1 (de) * 2004-10-30 2006-05-11 Ks Kolbenschmidt Gmbh Verfahren zur herstellung eines kolbens einer brennkraftmaschine zur bildung einer bewehrung einer brennraummulde des kolbens
DE102005037740B3 (de) * 2005-08-10 2006-12-21 Federal-Mogul Nürnberg GmbH Verfahren zur Wärmebehandlung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor
US20190218996A1 (en) * 2016-05-27 2019-07-18 Honda Motor Co., Ltd. Piston and manufacturing method thereof

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004030822B3 (de) * 2004-06-25 2005-12-22 Federal-Mogul Nürnberg GmbH Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor
DE102012204947A1 (de) * 2012-03-28 2013-10-02 Mahle International Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumkolbens
BR112015025346A2 (pt) * 2013-04-05 2017-07-18 Federal Mogul Corp pistão produzido através do uso de técnicas de fabricação de aditivos
US9765727B2 (en) * 2014-03-03 2017-09-19 Federal-Mogul Llc One-piece piston featuring additive machining produced combustion bowl rim and cooling gallery

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4328619A1 (de) * 1993-08-26 1995-03-02 Peak Werkstoff Gmbh Partiell verstärktes Al-Gußbauteil und Verfahren zu dessen Herstellung
DE10037246A1 (de) * 1999-07-30 2001-02-08 Unisia Jecs Corp Kolben für einen Verbrennungsmotor und Verfahren zu dessen Herstellung
WO2002001059A1 (en) * 2000-06-28 2002-01-03 Federal-Mogul Technology Limited Manufacturing pistons
DE10042207A1 (de) * 2000-08-28 2002-03-28 Federal Mogul Nuernberg Gmbh Kolben für einen Verbrennungsmotor und Verfahren zur Herstellung eines Kolbens
DE10128737A1 (de) * 2001-06-13 2003-01-02 Federal Mogul Nuernberg Gmbh Kolben mit dispersionsgehärtetem Kolbenoberteil

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3904776A1 (de) * 1989-02-17 1990-08-23 Ver Schmiedewerke Gmbh Verfahren zur herstellung eines hochfesten und zaehen metallischen schichtverbundwerkstoffes
CA2037660C (en) * 1990-03-07 1997-08-19 Tadashi Kamimura Methods of modifying surface qualities of metallic articles and apparatuses therefor
CH682307A5 (de) * 1991-02-05 1993-08-31 Alusuisse Lonza Services Ag
DE10130323A1 (de) * 2001-06-22 2003-01-02 Voith Paper Patent Gmbh Verschleisskörper in Schichtverbundbauweise, insbesondere in einer Papier- oder Kartonmaschine, Verfahren zu seiner Herstellung und seine Verwendung

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4328619A1 (de) * 1993-08-26 1995-03-02 Peak Werkstoff Gmbh Partiell verstärktes Al-Gußbauteil und Verfahren zu dessen Herstellung
DE10037246A1 (de) * 1999-07-30 2001-02-08 Unisia Jecs Corp Kolben für einen Verbrennungsmotor und Verfahren zu dessen Herstellung
WO2002001059A1 (en) * 2000-06-28 2002-01-03 Federal-Mogul Technology Limited Manufacturing pistons
DE10042207A1 (de) * 2000-08-28 2002-03-28 Federal Mogul Nuernberg Gmbh Kolben für einen Verbrennungsmotor und Verfahren zur Herstellung eines Kolbens
DE10128737A1 (de) * 2001-06-13 2003-01-02 Federal Mogul Nuernberg Gmbh Kolben mit dispersionsgehärtetem Kolbenoberteil

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006048153A1 (de) * 2004-10-30 2006-05-11 Ks Kolbenschmidt Gmbh Verfahren zur herstellung eines kolbens einer brennkraftmaschine zur bildung einer bewehrung einer brennraummulde des kolbens
DE102005037740B3 (de) * 2005-08-10 2006-12-21 Federal-Mogul Nürnberg GmbH Verfahren zur Wärmebehandlung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor
US20190218996A1 (en) * 2016-05-27 2019-07-18 Honda Motor Co., Ltd. Piston and manufacturing method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
DE10316002B3 (de) 2004-10-28
JP2004308661A (ja) 2004-11-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0145897B1 (de) Fügeverfahren
DE102007005268A1 (de) Mehrteiliger Stahlkolben für einen Verbrennungsmotor mit einem Kühlkanal
DE102005034306A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Kolbens einer Brennkraftmaschine zur Bildung einer Bewehrung einer Brennraummulde des Kolbens
DE102007048753A1 (de) Pleuelstange für einen Verbrennungsmotor und Verfahren zum Herstellen der Pleuelstange
DE60304191T2 (de) Einspritzdüse für Kraftstoffventil in einem Dieselmotor und Herstellungsverfahren für eine Einspritzdüse
DE102016214742A1 (de) Verfahren zum Fügen von Werkstoffen und Werkstoffverbund
DE102011100521B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor, sowie einen danach hergestellten Kolben
DE10316002B3 (de) Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor
DE3504212A1 (de) Verfahren zum herstellen einer steuerwelle
EP1386687B1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Kolbens sowie Kolben
EP3530400A1 (de) Verfahren zum herstellen eines bauteils, insbesondere fahrzeugbauteils, und entsprechend hergestelltes bauteil
DE10042207C2 (de) Kolben für einen Verbrennungsmotor und Verfahren zur Herstellung eines Kolbens
DE102007010839B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Kolbens und Kolben mit einer ringförmigen Verstärkung bestehend aus mehreren Verstärkungssegmenten
EP2691629B1 (de) Verfahren zur herstellung eines kolbens für einen verbrennungsmotor
EP1336449B2 (de) Hohlkolben und Verfahren zu dessen Herstellung durch Diffusionsschweissen oder Sintern
DE19912889A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Ventilsitzes
DE102020210036B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor und Kolben für einen Verbrennungsmotor
EP3926158B1 (de) Verfahren zur herstellung eines kolbens
DE102004030822B3 (de) Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor
DE102016009708A1 (de) Verfahren zum Herstellen einer Fügeverbindung und Fügeverbindung
DE10350190B4 (de) Bauteil, insbesondere Kolben
DE10353473B4 (de) Bauteil einer Brennkraftmaschine und Verfahren zu dessen Herstellung
DE10045174A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Kolbens
DE1752704C3 (de) Verfahren zur Panzerung der Sitzfläche von Ventilen für Verbrennungskraftmaschinen mittels Auftragschweißung
DE102015013044A1 (de) Kurbelgehäuse für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftwagens, sowie Verfahren zum Herstellen eines solchen Kurbelgehäuses

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LI LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL LT LV MK

17P Request for examination filed

Effective date: 20050317

AKX Designation fees paid

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LI LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20051108