CH186929A - Verfahren zur Herstellung von Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen. - Google Patents

Description

  Verfahren zur Herstellung von Leichtmetallkolben für     Brennkraftmaschinen.       Die     Erfindung    betrifft ein Verfahren zur  Herstellung von     Leichtmetallkolben    für       Brennkraftmaschinen    und bezweckt, auf eine  neue, vorteilhafte Weise den in den     @ein-          zelnen    Kolbenzonen unterschiedlichen Bean  spruchungen und den dort gewünschten  Werkstoffeigenschaften     Rechnung    zu tragen.  



  Der Boden eines Dieselmotors kann zum       Beispiel    im     Betrieb    an der     Einspritzstelle    bis  zu etwa     440      C erhitzt werden und -dabei       Explosionsdrücke    bis zu 90     at    aufnehmen  müssen. Diese Beanspruchungen würden  zweifellos zur Zerstörung des Kolbenbodens  führen, der infolge dieser     Hochbeanspruchun-          gen    Risse erhalten und dann durchbrennen  würde, wenn der Werkstoff nicht gute       Wärmeleitfähigkeit,    Festigkeit und Deh  nungsfähigkeit besitzen würde.

   Demgegen  über ist für die     Laufflächenzone    des Kolbens  ein Werkstoff von grosser Verschleissfestig  keit mit Rücksicht auf die ständige gleitende       Reibung    im Zylinder     notwendig.    Ausserdem       sollte        aber    die     Wärmeausdehnungsziffer    .des    Kolbenwerkstoffes in dieser Laufzone mög  lichst klein sein, um ,durch     kleine    Einbau  spiele ein schnelles     und    klapperfreies Ein  laufen des Kolbens erreichen zu     können.     



  Man versuchte,     diesen    unterschiedlichen       Beanspruchungen    durch den Bau von so  genannten     Zweimetallkolben    zu begegnen. So       sind    zum Beispiel Ausführungen bekannt,  bei welchen ein     Leichtmetallkolben    mit     einer          Schwermetallbodenplatte        ausgestattet    ist. Be  kannt ist ferner, einen     Ieichtmetallkolbeii-          boden    mit einem Stahl- oder     Gusseisenmantel     durch Vergiessen oder Verschrauben zusam  menzufügen.

   Zur     reihenmässigen        Herstellung     und     Verwendung    dieser Kolbenart ist es je  doch kaum gekommen. Ihre Herstellung  wurde wesentlich verteuert, weil :der     Schwer-          metallteil    des Kolbens gesondert hergestellt  wenden     musste.    Es sind     ferner        besondere    Ko  killen nötig, um den Bodenteil mit dem       Schwermetallmautel    zu vergiessen, oder aber  ,die mechanische     Zusammenfügung    erfordert  erheblichen Zeitaufwand.

   Schliesslich be-      steht auch die Möglichkeit, dass     sich    der       Schwermetallteil    nach     einer        gewissen    Be  triebsdauer lockert, da die     Festigkeit    eines  homogenen Stückes nicht erreicht werden       kann.     



       Durch,die    Erfindung, die ein Verfahren  zur     Herstellung    von Leichtmetallkolben für       Brennkraftmaschinen    betrifft, soll     nun    ein  Kolben geschaffen werden, bei welchem die  unterschiedlichen Beanspruchungen und not  wendigen Eigenschaften     Ader    einzelnen Kol  benzonen berücksichtigt werden, ohne     dass     dabei .die oben angegebenen Nachteile der  seither     bekannten        Ausführungen    auftreten.

         Erfindungsgemäss    sollen zur Herstellung     -des     erfindungsgemässen Kolbens mindestens zwei       Leichtmetallegierungen    von     unterschiedlicher          Beschaffenheit    in einem     zwischen    Schmelze  und Dickflüssigkeit liegenden Zustand unter  Bildung     einer        Zwischenlegierung    in der  Grenzzone     zusammengefügt    werden. Als       Grenzzone    werden dabei :diejenigen Zonen des  Kolbens bezeichnet, wo zwei Legierungen zu  sammenstossen.

   Auf diese     Weise    erhält man  einen     homogenen    Körper mit in     bestimmten     Zonen unterschiedlichen Werkstoffeigen  schaften.  



  Die     Erfindung    bietet :die Möglichkeit, bis  her     bewährte        Kolbenausführungen    aller Art,  zum Beispiel Kolben mit Einsatzstreifen zur  Regelung der Wärmedehnung, sowie alle       Kolbenbauformen        beizuhalten,    die sich bisher  als zweckmässig erwiesen haben.

   Unter     Be-          rücksichtigung    der spezifischen Gewichte  und der     Erstarrungstemperaturen    :der ein  zelnen Legierungen kann man die Zwischen  legierungszone .der einzelnen Schichten fest  legen, indem man die zeitliche Folge der     ein-          zelnen    Giessvorgänge entsprechend     bemisst     und gegebenenfalls die Art des Giessvorgan  ges verändert.

   So können zum     Beispiel    beim       Giessverfahren    die     einzelnen    flüssigen Legie  rungen     drucklos    oder unter     Pressdruck    am  gleichen     Anguss    oder     getrennt    zugeführt wer  den.     Bei    mehreren     Angossen    können diese  in verschiedener Höhenlage angeordnet sein,  und je nach den vorliegenden Verhältnissen  kann die Ebene der Bodenfläche oder die des    Schaftrandes des     Kolbens        mit    der Kokillen  grundfläche zusammenfallen.

   Man könnte  auf die erfindungsgemässe     Weise    ein aus  mehreren Leichtmetallegierungen bestehendes  Formstück bilden, das dann im     Prel3verfah-          ren    zu einem     Kolbenrohling    gepresst werden       könnte.     



  Die     Zeichnung    zeigt nach dem erfin  dungsgemässen Verfahren     hergestellte    Kolben  und anhand dieser     Figuren        wird    das Verfah  ren im nachfolgenden beispielsweise erläutert,       Fig.    1 zeigt den     Längsschnitt    eines Kol  bens, der     aus    zwei     Legierangsschichten    mit  im wesentlichen eben verlaufender Grenz  zone     besteht,    während       Fig.    2 den     Längsschnitt    eines Kolbens  zeigt, bei welchem eine mehrfache Schich  tung verschiedener Legierungen durchgeführt  ist und die Grenzzonen kurvenförmig ver  laufen.

    



  Benutzt wird zur     Herstellung    des Kol  bens gemäss     Fig.    1 eine Giesseinrichtung, bei  welcher ein Teil der     Kokillenwandung    wäh  rend des Giessvorganges verschiebbar     ist:

      Nun  wird der verschiebbare Teil .der     Kokillen-          w        andung,    der dort in die Kokille eingefügt       ist,    wo man eine der Leichtmetallegierungen  später     innerhalb,des    Kolbenkörpers angeord  net     wissen    will, nach aussen geschoben und  der so entstehende Raum mit der ersten Le  gierung 1, zum Beispiel einer Aluminium  Kupfer-Legierung von<B>700'</B> C     angefüllt.     Diese Legierung besitzt bekanntlich eine gute  Wärmeleitfähigkeit, sowie gute Festigkeits  und Dehnungseigenschaften.

   Alsdann wird  der verschiebbare Teil der     Kokillenwandung     wieder einwärts bewegt, während inzwischen  die aufgegebene Schmelze in einen zwischen  Schmelze und Dickflüssigkeit liegenden Zu  stand übergegangen ist, während ihre Tem  peratur auf etwa<B>500'</B> C     gesunken    ist. In  diesem Augenblick wird     nun    die zweite  Leichtmetallegierung 2 (zum     Beispiel    eine       Al-Si-Legierung)    ebenfalls in einem zwischen  Schmelze und Dickflüssigkeit liegenden Zu  stand hinzugefügt. Diese     Legierung    be  sitzt vorzugsweise eine geringe Wärmeaus  dehnungsziffer und .einen guten Verschleiss-      wert.

   Man kann sich denken, dass dort, wo  diese zuletzt vergossene     Legierung    auf die  erste Legierung auftrifft, ein inniges Ver  schmelzen und Verschweissen beider Legie  rungen erfolgt. Es bildet sich an der Stelle,  wo die Legierungen 1, 2     zusammenstossen     -diese     .Stelle    wird als Grenzzone     '3'        (h\ig.    1)       bezeichnet    -     eine        Zwischenlegierung,    die ein  Mittelding zwischen :den vergossenen Leicht  metallegierungen unterschiedlicher Beschaf  fenheit darstellt und somit hinsichtlich ihrer  Eigenschaften eine Angleichung nach beiden  Richtungen ergibt.  



  In der Grenzzone sind bei Verwendung  der erwähnten     Ausgangslegierungen    von der       Siliziumlegierung    kleinere     Siliziumkristalle     und von der kupferhaltigen     Legierung        Kup-          feraluminid        hineingeschwemmt    worden.  



  Der Kolben nach     Fig.    2 setzt sich aus  mehreren Legierungsschichten 4, 5 und 6 zu  sammen. Dabei können die     Legierungen    4  und 6 gleiche Beschaffenheit haben. Bei dem    gezeichneten     Beispiel    verlaufen die Grenz  zonen     bezw.    die     Zwischenlegierungsschiehten     7 und 8 kurvenförmig. Zuerst     wird    hier die       Legierung    4 vergossen.

   Wenn sich die     Le-          gier-ring    in     einem        zwischen    Schmelze und       Dickflüssigkeit    liegenden Zustand befindet,  wird     die        Legierung    5, die     eine    andere Be  schaffenheit     aufweist    als die     Legierung    4 in  einem zwischen     Schmelze    und Dickflüssig  keit liegenden Zustand beigefügt. In eben  solchem     Zustand    wird die     Legierung    6 bei  gefügt.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Herstellung von Leicht metallkolben für Brennkraftmaschinen, da durch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Leichtmetallegierungen von unterschiedlicher Beschaffenheit in einem zwischen Schmelze und Dickflüssigkeit liegenden Zustand unter Bildung einer Zwischenlegierung in der Grenzzone zusammengefügt werden.