DE2835332C2 - Kolben mit einem Körper aus einer Aluminiumlegierung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Koiben mit einem Körper aus einer Aluminiumlegierung, der nach seiner Bearbeitung eine im v/esentlichen zylindrische Seitenfläche mit mindestens einer zwei Seitenflanken aufweisenden Kolbenringnut hat, wobei durch Aufbringen mindestens eines zusätzlichen Legierungselements und eine Energiestrahl-Behandlung mindestens eine Seitenflanke der Kolbenringnut gehärtet ist

Mit diesem Oberbegriff wird auf einen bekannten Kolben (US-PS 40 74 616) Bezug genommen, bei dessen Herstellung in iine vorgefertigte Nut Legierungselemente in Pulverform eingegeben und das Pulver mit einem Laserstrahl »in situ« eingeschmolzen wird. Dabei bildet sich durch Schmelzen und diffusion eine dünne Übergangszone zwischen Pulvereinlage und Kolbengrundwerkstoff, wodurch die geschmolzene Pulvereinlage festgehalten wird. Eine Härtung des Kolbengrundwerkstoffes wird im Seitenflankenbereich der Kolbenringnut dabei nicht erreicht

Darüberhinaus ist aus der DE-OS 24 15 501 ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Werkstükken oder Halbzeugen aus Aluminium oder Aluminiunlegierungen bekannt, bei dem auf die Oberfläche des Werkstückes mindestens eine Schicht, die eines oder mehrere der Metalle Vanadium, Chrom, Mangan, Eisen, Kobalt oder Nickel enthält, aufgebracht und mittels eines Elektronenstrahles in den Grundwerkstoff eingeichmolzen wird. Ein Hinweis, die Seitenflanken von Kolbenringnuten zu härten, ist obiger OS nicht zu entnehmen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kolben der eingangs genannten Art zu schaffen, der unter Verwendung eines Legierungselementes in einfachster Art und Weise herstellbar ist und gehärtete Seitenflanken aufweist

Die Erfindung besteht darin, daß das Legierungselemente in Form eines Bandes oder eines Drahtes aufgebracht und durch eine Energiestrahl-Umschmelzbehandluiig in den Kolbenring-Nutbereich eingefchmoizen ist= Bevorzugt ist der Legierungselementen-Träger oberflächlich auf den Kolbenkörper aufgebracht.

Im folgenden werden AiisführUhgsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, Es zeigt

Fig, 1 eine perspektivische, vereinfachte Teilansicht eines Kolbens einer Verbrennungskraftmaschine und

Fig.2 einen Teil des Kolbens gemäß Fig. 1 im Radialschnitt.

In Fig. 1 ist ein Kolben 10 einer Verbrennungskraftmaschine, ζ. Β. eines Kraftfahrzeugmotors, dargestellt, der eine zylindrische Seitenfläche 12 hat, in der sich ringförmige Kolbenringnuten 14 befinden. Die Kolbenringnut.en werden in Achsrichtung des Kolbens durch Seitenflanken 16 (Fig.2) begrenzt Im Betrieb sind in den Kolbenringnuten 14 Kolbenringe 18 angeordnet von denen einer in F i g. 2 im Schnitt dargestell* ist

Mindestens eine, vorzugsweise beide Seitenflanken einer Kolbenringnut 14 sind durch eine Energiestrahl-Umschmelzbearbeitung gehärtet Die Umschmelzbearbeitung erfolgt beispeilsweise mittels eines Elektronen-Strahls.

Je nach Legierungstyp kann bereits allein durch eine LJmschmelzbehandlung eine Erhöhung der Härte bewirkt werden. Meist aber bringt man im Zuge der Umschmelzbehandlung in die in F i g. 2 eng schraffiert dargestellte, umgeschmolzene Zone 22 Legierungszusätze ein, die besonders härtesteigernd wirken. Es können dies ein oder mehrere Elemente, wie Nickel und/oder eines der eingangs in Verfbindung mit der DE-OS 24 15 501 erwähnten Elemente sein. Dabei ist es unwesentlich, ob diese Elemente in einer verhältnismäßig niedrigen, im Rahmen konventioneller Zusammensetzungen von Aluminiumlegierungen liegenden Konzentration in der Aluminiumlegierung des Kolbenkörpers bereits enthalten sind oder nicht

Beispielsweise erfolgt die härtende Umschmelzbehandlung vor dem Einstechen der Kolbenringnuten in den Kolbenkörpcr 20 und vor dem Fertigbearbeiten der Außenfläche des Kolbens. Hierzu wird an der Stelle, wo eine Flanke einer Kolbenringnut zu liegen kommt, ein Umschmelzspur 24 von etwa parabelförmigem Querschnitt gelegt (F i g. 2).

Alternativ kann jedoch auch eine Umschmelzspur 24' solcher Größe und Tiefe erzeugt werden, daß sie den Ort der beiden Seitenflanken der betreffenden Kolbenringnut umfaßt, wie bei den obersren beiden Kolbenringnuten in F i g. 2 dargestellt ist.

Das zusätzliche Legierungselement oder die zusätzlichen Legierungselemente werden beispielsweise vor der Umschmelzbehandlung als Schicht auf die Außenfläche des Kolbens aufgebracht; die Breite der Schicht ist dabei mindestens gleich der Breite der Aufschmelzspur an der Kolbenoberfläche. Die Dicke der Schicht wird entsprechend dem in der Umschmelzspur zu erzielenden mittleren Gehalt an dem oder den betreffenden Legiprungselementen gewählt

Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß zusätzliche Legierungselement oder die zusätzlichen Legierungselemente in Form eines Drahtes aufzubringen. Für die Aufnahme des Drahtes wird in der Zylinderfläche des Kolbenkörpers eine dem Drahtquerschnitt angepaßte Nut von einer dem Drahtdurchmesser etwa entsprechenden Tiefe angebracht Der Durchmesser des Drahtes ist auf jeden Fall kleiner als die Breite der Aufschmelzspur und sein Querschnitt beträgt beispielsweise '/jo bis Vi₀ des Querschnitts der Aufschmelzspur.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß das

Zusatzmaterial vor der Umschmelzbehandlung als eine mittels des Energiestrahles unter Verwendung von Zusatzmaterialdraht oder 'band ausgeführte, schmale Auftragsschweißspür oberflächlich aufgebracht wird, Auch hier wird der Querschnitt des Zusatzmaterials in Abhängigkeit von seinem Gehalt an dem Legierungselement oder den Legierungselementen so gewählt, daß

sich in der endgültigen Umschmelzzone die gewünschte Legierungszusammensetzung ergibt.

Durch die Härtung der Seitenflanken der Kolbenringnuten ist eine exakte und sichere Führung des in der Kolbenringnut sitzenden Kolbenringes über lange Betriebszeiten gewährleistet, so daß sich auch eine höhere Lebensdauer der betreffenden Verbrennungskraftmaschine ergibt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Kolben mit einem Körper aus einer Aluminiumlegierung, der nach seiner Bearbeitung eine im wesentlichen zylindrische Seitenfläche mit mindestens einer zwei Seitenflanken aufweisenden Kolbenringnut hat, wobei durch Aufbringen mindestens eines zusätzlichen Legierungselements und einer Energiestrahlbehandlung mindestens eine Seitennanke der Kolbenringnut gehärtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Legierungselement in Form eines Bandes oder eines Drahtes aufgebracht und durch eine Energiestrahl-Umschmelzbehandlung in den Nutbereich (22, 24, 24') eingeschmolzen ist

2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Legierungselementen-Träger oberflächlich auf den Kolbenkörper aufgebracht isL