WO2009153217A2 - 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

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    • Y10T29/49249—Piston making
    • Y10T29/49265—Ring groove forming or finishing

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a piston for an internal combustion engine and to such a piston.
  • US 5,756,150 describes a piston in which a piston blank is used with a groove which is larger than that provided on the later piston annular groove. This comparatively large groove is filled with two sprayed layers and subsequently the annular groove is worked out.
  • a similar method which can be carried out for example with the aid of an arc spray gun, is described in DE 2 425 358 A.
  • DE 32 46 630 Al relates to a likewise similar method in which a groove which is larger than the later annular groove is filled with a silicon-containing aluminum alloy.
  • the invention has for its object to provide a method for producing a piston for an internal combustion engine, with which a piston for an internal combustion engine can be produced, which is improved in terms of wear behavior, in particular in the region of the uppermost annular groove. Furthermore, such a piston should be presented.
  • the region of the uppermost annular groove is at least partially recessed within the scope of the production of a piston.
  • the region of the annular groove is either already recessed in the production of a piston blank, for example during casting, that is, there is a recess or the like in the region in which later the uppermost annular groove is to be formed.
  • the region of the uppermost annular groove can be wholly or partly present, and the material of the piston blank in the region of the later uppermost annular groove is removed, for example, by machining.
  • the described recess is preferably at least a little larger than the later uppermost annular groove, so that the subsequent steps can be carried out.
  • an adhesion promoter layer containing aluminum is subsequently applied.
  • a subsequently inventively thermally sprayed wear protection layer enters into a particularly good connection to the Kolbenmate ⁇ al.
  • Adhesive layer can be applied by all, above and below, for the wear protection layer specified method for their application. From the wear protection layer, at least the uppermost annular groove is subsequently at least partially worked out. In other words, the flanks and / or the bottom of the uppermost annular groove are at least partially formed by the material of the wear protection layer, so that the groove, which receives the topmost piston ring in the use state, the particularly high surface pressures hold state, and the area surrounding the groove particularly well meets the requirements in terms of pressure and temperature. This is supported by the primer layer according to the invention.
  • the substrate material ie the material of the piston blank is activated by a blasting process and / or the thermal spraying of the mentioned material.
  • the substrate material is roughened. This can be done by a blasting process (with solid or water) or machining processes, such as turning, where a profile with undercuts is generated for example by a geometric cutting edge.
  • the uppermost annular groove can be worked out at least partially from the applied material.
  • the invention advantageously eliminates the need to pour a ring carrier, which is technically a complex process, so that this effort can be avoided by the invention.
  • the effort is minimized in particular by the fact that the manual insertion of the ring carrier is omitted in the mold, and that the ring carrier as such no longer has to be purchased.
  • positional and binding errors that can occur during pouring of the ring carrier can be avoided.
  • the casting of a ring carrier in those manufacturing methods that are advantageously used for the pistons of gasoline engines, namely die casting and forging process not feasible.
  • these methods can be maintained by the invention, and the uppermost annular groove can be designed particularly wear-resistant even with gasoline engine pistons.
  • the described wear protection layer thus advantageously forms a Ringnutarm ist.
  • Wear protection layer is finished.
  • the region of the top land can be at least partially recessed already during the production of the piston blank, or removed on the piston blank.
  • the wear protection layer also in the area of the top land, the later land land is at least partially formed by the wear protection layer. This makes this area particularly wear-resistant and allows in advantageous Welse a reduction in the height of the top land, so that the dead space volume can be minimized.
  • a Ringtrager can namely be used with reduced Feuersteghohe limited technical reasons.
  • the height of the firing point can advantageously be reduced without jeopardizing the strength of the region of the uppermost annular groove.
  • the area of the top land is at least partially recessed and finished after the wear protection layer has been applied, it should be noted that it is independent of the method steps described above, and also in a method for producing a Piston can be used. However, this process step can be combined with all the process steps described above and below.
  • the wear protection layer when it is formed by a steel with at least one of the following alloying elements: carbon in a proportion of 0.1 to 1.0%, chromium, molybdenum, nickel.
  • alloying elements carbon in a proportion of 0.1 to 1.0%, chromium, molybdenum, nickel.
  • Wear protection layer is achieved, which is greater than that of the Grundmate ⁇ als the piston, so that the desired properties are achieved.
  • low alloyed steels for example StO8 with a carbon content of 0.1 to 1.0%, are preferred because of the relatively high spray losses when applied by thermal spraying. These are acceptable in the Hmolick on the cost when using a low alloy steel becomes.
  • Such a steel is relatively inexpensive. Examples include FeCr, FeCrMo and FeCrNi.
  • the wear-resistant layer if it was formed by a copper or nickel layer, in particular NiCr or a high-alloyed aluminum layer.
  • the wear protection layer can be applied very efficiently by APS (Atomic Plasma Spraying), HVOF (High Velocity Oxygen Flame Spraymg), electric arc wire spraying or wire flame spraying.
  • APS Atomic Plasma Spraying
  • HVOF High Velocity Oxygen Flame Spraymg
  • electric arc wire spraying or wire flame spraying.
  • wire arc spraying is preferred. This method offers advantages for cost reasons, particularly with regard to usable wire material and application performance, and is similar to the above-mentioned processing of the landlope, but can be combined with them as well as with the method steps described below ,
  • a wear protection layer not necessarily combined with a primer layer, which
  • Arc wire spraying is applied, is thus, with or without combination with other steps, to be regarded as the subject of the application.
  • different materials may be combined with each other by feeding two or more different wires.
  • a wire made of aluminum and another wire made of iron are preferred.
  • the two elements form a so-called pseudo alloying of the wear protection layer formed thereby.
  • Good properties can be achieved for the wear protection layer already in that the two wires, as is currently preferred, are supplied with a matching feed, so that a heterogeneous but uniform mixture, for example of aluminum and iron, is formed.
  • a pure iron or aluminum layer is conceivable.
  • Wear protection layer which grows with increasing time, can be varied. Particular advantages can be achieved if aluminum is enriched in the region of the seam, that is to say in the regions directed toward the inside or the piston blank. As a result, the thermal expansion coefficient to the base material of the piston, which is usually an aluminum alloy, compensated in an advantageous manner. Alternatively or additionally, iron is preferably enriched in the so-called core or the later groove surface.
  • the inventive method can be used in addition to at least partially form a Kuhlkanal by a removable mass, such as a salt mass is introduced into the recess before applying the wear protection layer, subsequently the wear protection layer is applied, and finally the removable mass is removed so that a cavity remains, which forms the cooling channel.
  • the wear protection layer has a high surface porosity, which amounts to up to 20 percent by volume, and can thus be used as Olruckhaltevolumen.
  • the inventive method can thus also avoid the complex insertion of a salt core in the mold, and be replaced by the simpler introduction of the removable mass in the recess.
  • the solution of the above object is further achieved by the piston described in claim 10.
  • This has according to the manufacturing method described above, a base material, at least partially applied thereto adhesion promoter layer with aluminum and a thermally sprayed wear protection layer, from which at least the uppermost annular groove is at least partially worked out.
  • the preferred developments of the piston according to the invention essentially correspond to those embodiments which can be produced by the above-described embodiments of the method according to the invention.
  • the wear protection layer it is presently preferred for the wear protection layer to have a thickness of up to 10 mm.
  • FIG. 1 shows a cross section through the piston according to the invention before the application of a wear contactor sChicht;
  • FIG 3 shows a cross section through the piston according to the invention with applied wear protection layer; and Fig. 4 the finished in the region of the uppermost annular groove and the top land piston.
  • the recess 22 in the embodiment shown is largely completely filled first with a bonding agent layer and subsequently with a wear protection layer.
  • the wear protection layer can be seen and designated 16. This is thus applied to the base material 20 of the piston blank 18, and from this, subsequently, the uppermost annular groove 12 (see, Fig. 4) are worked out.
  • both flanks of the uppermost annular groove 12 are formed by the particularly wear-resistant material of the wear protection layer 16 in the embodiment shown. Furthermore, the wear protection layer 16 forms the land 14, so that it can be reduced in terms of its height. This is shown by a comparison with the left-hand area of FIG. 4.

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Kolbens (10) für einen Verbrennungsmotor wird zumindest der Bereich der obersten Ringnut (12) zumindest teilweise ausgespart, anschließend wird eine Haftvermittlerschicht mit Aluminium aufgebracht, danach wird eine Verschleißschutzschicht (16) thermisch aufgespritzt, und daraus wird zumindest die oberste Ringnut (12) zumindest teilweise herausgearbeitet. Ein Kolben (10) für einen Verbrennungsmotor weist einen Grundwerkstoff (20), eine darauf zumindest bereichweise aufgebrachte Haftvermittlerschicht mit Aluminium und eine thermisch aufgespritzte Verschleißschutzschicht (16) auf, aus der zumindest die oberste Ringnut (12) zumindest teilweise herausgearbeitet ist.

Description

Verfahren, zur Herstellung eines Kolbens fυ.r einen Verbrennungsmotor sowie Kolben für einen Verbrennungsmotor
Technisches Gebxet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor sowie einen derartigen Kolben.
Im Rahmen der Entwicklung von Motoren, die immer kleiner und leistungsfähiger werden, steigen die Druck™ und Temperaturbelastungen auf die verwendeten Kolben. In diesem Zusammenhang ist insbesondere die oberste Ringnut, die dem Einsetzen eines Kolbenringes dient, besonders belastet. Ferner ist es ein Ziel im Rahmen der Motorentwicklung, das Schadraumvolumen zu minimieren, was eine Verringerung der Feuersteghohe bedeutet.
Stand der Technik
Die US 5,756,150 beschreibt einen Kolben, bei dem ein Kolbenrohling mit einer Nut verwendet wird, die großer ist als die am spateren Kolben vorgesehene Ringnut. Diese vergleichsweise große Nut wird mit zwei aufgesprühten Schichten gefüllt und nachfolgend wird die Ringnut herausgearbeitet . Ein ahnliches Verfahren, das beispielsweise mit Hilfe einer Lichtbogenspritzpistole durchgeführt werden kann, wird in der DE 2 425 358 A beschrieben.
Die DE 32 46 630 Al betrifft ein ebenfalls ahnliches Verfahren, bei dem eine Nut, die großer ist als die spätere Ringnut, mit einer siliziumhaltigen Aluminiumlegierung gefüllt wird.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor zu schaffen, mit dem ein Kolben für einen Verbrennungsmotor hergestellt werden kann, der im Hinblick auf das Verschleißverhalten, insbesondere im Bereich der obersten Ringnut, verbessert ist. Ferner soll ein derartiger Kolben vorgestellt werden.
Die Losung der oben genannten Aufgabe erfolgt zum einen durch das im Anspruch 1 beschriebene Verfahren.
Demzufolge wird im Rahmen der Herstellung eines Kolbens zumindest der Bereich der obersten Ringnut zumindest teilweise ausgespart. Mit anderen Worten wird der Bereich der Ringnut entweder bereits bei der Herstellung eines Kolbenrohlings, beispielsweise beim Gießen, ausgespart, das heißt, es findet sich eine Ausnehmung oder dergleichen in dem Bereich, in dem spater die oberste Ringnut auszubilden ist. Alternativ oder ergänzend hierzu kann bei dem Kolbenrohling der Bereich der obersten Ringnut ganz oder teilweise vorhanden sein, und es wird, beispielsweise spanende Bearbeitung, das Material des Kolbenrohlings im Bereich der spateren obersten Ringnut entfernt. Insbesondere ist die beschriebene Aussparung bevorzugt zumindest ein wenig größer als die spatere oberste Ringnut, so dass die nachfolgenden Schritte durchgeführt werden können. Erfindungsgemaß wird nämlich anschließend eine Haftvermittlerschicht, die Aluminium enthalt, aufgebracht. Für eine derartige Schicht hat sich herausgestellt, dass eine nachfolgend erfindungsgemaß thermisch aufgespritzte Verschleißschutzschicht eine besonders gute Verbindung zu dem Kolbenmateπal eingeht. Die beschriebene
Haftvermittlerschicht kann durch samtliche, vorangehend und nachfolgend, für die Verschleißschutzschicht angegebenen Verfahren zu deren Aufbringung aufgebracht werden. Aus der Verschleißschutzschicht wird nachfolgend zumindest die oberste Ringnut zumindest teilweise herausgearbeitet. Mit anderen Worten werden die Flanken und/oder der Grund der obersten Ringnut zumindest teilweise durch das Material der Verschleißschutzschicht gebildet, so dass die Nut, die im Verwendungszustand den obersten Kolbenring aufnimmt, den besonders hohen Flachenpressungen Stand halt, sowie der die Nut umgebende Bereich besonders gut den Anforderungen im Hinblick auf Druck- und Temperaturbelastung entspricht. Dies wird erfindungsgemäß durch die Haftvermittlerschicht unterstützt .
Im Rahmen der Aufbringung der Haftvermittler- und/oder der Verschleißschicht kann davon gesprochen werden, dass das Substratmaterial, also das Material des Kolbenrohlings durch einen Strahlprozess und/oder das thermische Aufspritzen des erwähnten Materials aktiviert wird. Mit anderen Worten wird das Substratmaterial aufgeraut. Dies kann durch ein Strahlverfahren (mit Festkörper oder Wasser) oder spanabhebende Verfahren, wie z.B. Drehen, durchgeführt werden, bei denen beispielsweise durch eine geometrische Schneide ein Profil mit Hinterschneidungen erzeugt wird. Nach dem Auftragen der erforderlichen Schichtdicke, kann, wie erwähnt, die oberste Ringnut zumindest teilweise aus dem aufgetragenen Material herausgearbeitet werden. Insgesamt ergibt sich durch die Erfindung eine Verlängerung der Betriebsdauer sowohl des Kolbens als auch des in die oberste Ringnut eingesetzten Kolbenringes, und sowohl für Diesel- als auch Ottomotoren. Ferner entfällt durch die Erfindung in vorteilhafter Weise die Notwendigkeit, einen Ringträger einzugießen, was technisch ein aufwendiges Verfahren ist, so dass durch die Erfindung dieser Aufwand vermieden werden kann. Der Aufwand wird insbesondere dadurch minimiert, dass das manuelle Einlegen des Ringträgers in die Gießform entfällt, und dass der Ringträger als solcher nicht mehr zugekauft werden muss. Ferner können Lage- und Bindungsfehler, die beim Eingießen des Ringträgers auftreten können, vermieden werden. Darüber hinaus ist das Eingießen eines Ringträgers bei denjenigen Herstellungsverfahren, die vorteilhafter Weise für die Kolben von Ottomotoren verwendet werden, nämlich Druckguss- und Schmiedeverfahren, nicht durchführbar. Durch die Erfindung können somit diese Verfahren beibehalten werden, und die oberste Ringnut kann auch bei Ottomotorkolben besonders verschleißfest gestaltet werden. Die beschriebene Verschleißschutzschicht bildet somit in vorteilhafter Weise eine Ringnutarmierung.
Bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Besondere Vorteile lassen sich erreichen, wenn ferner der Bereich des Feuerstegs zunächst zumindest teilweise ausgespart wird, und nach dem Auftragen der
Verschleißschutzschicht fertig bearbeitet wird. Mit anderen Worten kann zusätzlich der Bereich des Feuerstegs zumindest teilweise bereits bei der Herstellung des Kolbenrohlings ausgespart, oder an dem Kolbenrohling entfernt werden. Durch das Aufbringen der Verschleißschutzschicht, auch Im Bereich des Feuerstegs wird der spätere Feuersteg zumindest teilweise durch die Verschleißschutzschicht gebildet. Dies macht auch diesen Bereich besonders verschleißfest und ermöglicht in vorteilhafter Welse eine Reduzierung der Höhe des Feuerstegs, so dass das Schadraumvolumen minimiert werden kann. Hier zeigt sich ferner eine kombinierte Wirkung im Hinblick auf die Vermeidung eines Ringtragers. Ein Ringtrager kann nämlich bei reduzierter Feuersteghohe aus technischen Gründen nur begrenzt eingesetzt werden. Dadurch, dass durch das erfmdungsgemaße Verfahren ein Ringtrager vermieden werden kann, kann m vorteilhafter Weise die Feuersteghohe verringert werden, ohne die Festigkeit des Bereichs der obersten Ringnut zu gefährden. Zu dem vorangehend beschriebenen, bevorzugten Verfahrensschritt, wonach ferner der Bereich des Feuerstegs zumindest teilweise ausgespart, und nach dem Auftragen der Verschleißschutzschicht fertig bearbeitet wird, sei erwähnt, dass dieser von den vorangehend beschriebenen Verfahrensschritten unabhängig ist, und auch alleme bei einem Verfahren zur Herstellung eines Kolbens eingesetzt werden kann. Jedoch kann dieser Verfahrensschritt mit allen vorangehend und nachfolgend beschriebenen Verfahrensschritten kombiniert werden.
Für die Haftvermittlerschicht hat es sich ferner als vorteilhaft erwiesen, dass diese ferner Silizium aufweist.
Für die Verschleißschutzschicht wurden besonders gute Eigenschaften festgestellt, wenn diese durch einen Stahl mit zumindest einem der folgenden Legierungselemente gebildet wird: Kohlenstoff mit einem Anteil von 0,1 bis 1,0 %, Chrom, Molybdän, Nickel. Durch sämtliche genannten Legierungselemente wird eine Harte der
Verschleißschutzschicht erreicht, die großer ist als die des Grundmateπals des Kolbens, so dass die gewünschten Eigenschaften erreicht werden. Allgemein werden niedrig legierte Stahle, beispielsweise StO8 mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,1 bis 1,0 % bevorzugt, weil bei dem Auftragen durch thermisches Spritzen vergleichsweise hohe Spritzverluste auftreten. Diese sind im Hmolick auf die Kosten akzeptabel, wenn ein niedrig legierter Stahl verwendet wird. Ein derartiger Stahl ist vergleichsweise kostengünstig. Als Beispiele seien FeCr, FeCrMo und FeCrNi genannt.
Ferner konnten für die Verschleißschutzschicht gute Eigenschaften festgestellt werden, wenn diese durch eine Kupfer- oder Nickelschicht , insbesondere NiCr oder eine hochlegierte Aluminiumschicht gebildet wurde.
Bei ersten Versuchen konnte festgestellt werden, dass sich die Verschleißschutzschicht besonders effizient durch APS (Atomospharisches Plasmaspritzen) , HVOF (High Velocity Oxygen Flame Spraymg, Hochgeschwmdigkeitsflammspritzen) , Lichtbogendrahtspritzen oder Drahtflammspritzen auftragen lasst. Derzeit wird insbesondere das Lichtbogendrahtspritzen bevorzugt. Dieses Verfahren bietet aus Kostengrunden, insbesondere im Hinblick auf das verwendbare Drahtmateπal und die Auftragsleistung, Vorteile und ist m ähnlicher Weise wie die oben genannte Bearbeitung des Feuerstegs von den vorangehend beschriebenen Verfahrensschritten unabhängig, kann jedoch mit diesen ebenso wie mit den nachfolgend beschriebenen Verfahrensschritten kombiniert werden. Eine Verschleißschutzschicht, nicht notwendigerweise kombiniert mit einer Haftvermittlerschicht , die durch
Lichtbogendrahtspritzen aufgebracht wird, ist somit, mit oder ohne Kombination mit anderen Verfahrensschritten, als Gegenstand der Anmeldung anzusehen.
Im Rahmen des Lichtbogendrahtspπtzens können ferner unterschiedliche Materialien miteinander kombiniert werden, indem zwei oder mehr unterschiedliche Drahte zugeführt werden. Bevorzugt wird derzeit ein Draht aus Aluminium, und ein weiterer Draht aus Eisen. Die beiden Elemente bilden m der hierdurch ausgebildeten Verschleißschutzschicht eine sogenannte Pseudolegierung. Gute Eigenschaften lassen sich für die Verschleißschutzschicht bereits dadurch erreichen, dass die beiden Drahte, wie derzeit bevorzugt wird, mit übereinstimmendem Vorschub zugeführt werden, so dass eine heterogene, aber gleichmäßige Mischung, beispielsweise aus Aluminium und Eisen, entsteht. Alternativ ist selbstverständlich eine reine Eisen- oder Aluminiumschicht denkbar .
Weitere Vorteile können jedoch dadurch erhalten werden, dass der Vorschub zumindest eines Drahtes über die Zeit des Aufbringens der Verschleißschutzschicht variiert wird. Hierdurch kann die Konzentration zumindest eines der beteiligten Elemente über die Dicke der
Verschleißschutzschicht, die mit fortschreitender Zeit anwachst, variiert werden. Besondere Vorteile lassen sich dann erreichen, wenn im Bereich des Saums, also in den zu der Innenseite, bzw. dem Kolbenrohling gerichteten Bereichen, Aluminium angereichert wird. Hierdurch wird der thermische Ausdehnungskoeffizient zum Grundwerkstoff des Kolbens, bei dem es sich üblicherweise um eine Aluminiumlegierung handelt, in vorteilhafter Weise kompensiert. Alternativ oder ergänzend hierzu wird bevorzugt Eisen in dem sogenannten Kern bzw. der spateren Nutoberfläche angereichert.
In vorteilhafter Weise kann das erfindungsgemäße Verfahren ergänzend dazu verwendet werden, einen Kuhlkanal zumindest teilweise auszubilden, indem vor dem Aufbringen der Verschleißschutzschicht eine entfernbare Masse, beispielsweise eine Salzmasse in die Aussparung eingebracht wird, nachfolgend die Verschleißschutzschicht aufgebracht wird, und schließlich die entfernbare Masse entfernt wird, so dass ein Hohlraum verbleibt, der den Kuhlkanal bildet. In vorteilhafter Weise weist die Verschleißschutzschicht eine hohe Oberflachenporosität auf, die bis zu 20 Volumenprozent betragt, und kann somit als Olruckhaltevolumen verwendet werden. Im Rahmen des erfindungsgemaßen Verfahrens kann somit auch das aufwendige Einlegen eines Salzkerns in die Gießform vermieden, und durch das einfachere Einbringen der entfernbaren Masse in die Aussparung ersetzt werden. Im Hinblick auf diese Weiterbildung des erfindungsgemaßen Verfahrens wird der Inhalt der DE 10 2005 047 035 Al der Anmelderin vollumfänglich zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht.
Die Lösung der oben genannten Aufgabe erfolgt ferner durch den im Anspruch 10 beschriebenen Kolben. Dieser weist entsprechend dem vorangehend beschriebenen Herstellungsverfahren einen Grundwerkstoff, eine darauf zumindest bereichsweise aufgebrachte Haftvermittlerschicht mit Aluminium und eine thermisch aufgespritzte Verschleißschutzschicht auf, aus der zumindest die oberste Ringnut zumindest teilweise herausgearbeitet ist. Die bevorzugten Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kolbens entsprechen im Wesentlichen denjenigen Ausführungsformen, die durch die vorangehend beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugt werden können. Ferner wird für die Verschleißschutzschicht derzeit bevorzugt, dass sie eine Dicke von bis zu 10 mm aufweist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend wird eine beispielhaft in den Figuren dargestellte Ausführungsform der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Kolben vor dem Aufbringen einer Verschleißschütz sChicht ;
Fig. 2 einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Kolben beim Aufbringen einer VersehIeißSchutzschicht;
Fig. 3 einen Querschnitt durch den erfindungemäßen Kolben mit aufgebrachter Verschleißschutzschicht; und Fig. 4 den im Bereich der obersten Ringnut und des Feuerstegs fertig bearbeiteten Kolben.
Ausfuhrliche Beschreibung eines bevorzugten Ausfuhrungsbeispiels
Wie in Fig. 1 zu erkennen ist, weist der im rechten Bereich dargestellte Koloenrohling 18 im Bereich der obersten Ringnut und des Feuerstegs eine Aussparung 22 auf. Zum Vergleich ist m sämtlichen Figuren im linken Bereich jeweils ein herkömmlicher Kolben gezeigt. Unterhalb der beschriebenen Aussparung 22, die bei dem erfmdungsgemaßen Kolben der Ausbildung der obersten Ringnut und des Feuerstegs dient, sind weitere Ringnuten 24 dargestellt.
Wie in Fig. 2 schematisch gezeigt, wird die Aussparung 22 bei dem gezeigten Ausfuhrungsbeispiel weitgehend vollständig zunächst mit einer Haftvermittlerschicht und nachfolgend mit einer Verschleißschutzschicht gefüllt.
In Fig. 3 ist die Verschleißschutzschicht zu erkennen und mit 16 bezeichnet. Diese ist somit auf den Grundwerkstoff 20 des Kolbenrohlings 18 aufgebracht, und hieraus kann nachfolgend die oberste Ringnut 12 (vgl, Fig. 4) herausgearbeitet werden.
Wie m Fig. 4 erkennbar ist, werden bei der gezeigten Ausfuhrungsform beide Flanken der obersten Ringnut 12 durch das besonders verschleißfeste Material der Verschleißschutzschicht 16 gebildet. Ferner bildet die Verschleißschutzschicht 16 den Feuersteg 14, so dass dieser im Hinblick auf seine Hohe reduziert werden kann. Dies zeigt ein Vergleich mit dem linken Bereich der Fig. 4.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Kolbens (10) für einen Verbrennungsmotor, bei dem zumindest der Bereich der obersten Ringnut (12) zumindest teilweise ausgespart wird, anschließend eine Haftvermittlerschicht mit Aluminium aufgebracht wird, danach eine Verschleißschutzschicht (16) thermisch aufgespritzt wird, und daraus zumindest die oberste Ringnut (12) zumindest teilweise herausgearbeitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ferner der Bereich des Feuerstegs (14) zumindest teilweise ausgespart, und nach dem Auftragen der Verschleißschutzschicht (16) fertig bearbeitet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftvermittlerschicht ferner Silizium aufweist.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht (16) ein Stahl mit zumindest einem der folgenden
Legierungselemente ist: Kohlenstoff mit einem Anteil von 0,1 - 1 %, Chrom, Molybdän, Nickel.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht eine Kupfer- oder Nickelschicht, insbesondere NiCr, oder eine hochlegierte Aluminiumschicht ist.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht mittels APS (Atomosphärisches Plasmaspritzen) , HVOF
(High Velocity Oxygen Flamespraying, Hochgeschwindigkeitsflammspritzen} , Lichtbogendrahtspritzen oder Drahtflammspritzen aufgebracht wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass beim Lichtbogendrahtspritzen zwei unterschiedliche Drahte, einer bevorzugt aus Aluminium, der andere bevorzugt aus Eisen, verwendet werden, die bevorzugt mit übereinstimmendem Vorschub zugeführt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorschub zumindest eines Drahtes über die Zeit des Aufbringens der Verschleißschutzschicht variiert wird, insbesondere Eisen im Kern und/oder Aluminium im Saum angereichert wird.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufbringen der Verschleißschutzschicht eine entfernbare Masse in die Aussparung eingebracht wird, die nach dem Aufbringen der Verschleißschutzschicht entfernt wird, so dass der entstehende Hohlraum einen Kühlkanal bildet.
10. Kolben (10) für einen Verbrennungsmotor mit einem Grundwerkstoff (20} , einer darauf zumindest bereichweise aufgebrachten Haftvermittlerschicht mit Aluminium und einer thermisch aufgespritzten Verschleißschutzschicht (16), aus der zumindest die oberste Ringnut (12) zumindest teilweise herausgearbeitet ist.
11. Kolben nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ferner der Feuersteg (14) zumindest teilweise durch die Verschleißschutzschicht gebildet wird.
12. Kolben nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftvermittlerschicht ferner Silizium aufweist.
13. Kolben nach einem der Ansprüche 10 - 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht (16) ein Stahl mit zumindest einem der folgenden Legierungselemente ist: Kohlenstoff mit einem Anteil von 0,1 - 1 %, Chrom, Molybdän, Nickel.
14. Kolben nach einem der Ansprüche 10 - 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht eine Kupfer- oder Nickelschicht, insbesondere NiCr oder eine hochlegierte Aluminiumschicht ist .
15. Kolben nach einem der Ansprüche 10 - 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht mittels APS (Atomosphärisches Plasmaspritzen) , HVOF (High Velocity Oxygen Flamespraying, Hochgeschwindigkeitsflammspritzen) , Lichtbogendrahtspritzen oder Drahtflammspritzen aufgebracht ist.
16. Kolben nach einem der Ansprüche 10 - 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration zumindest eines Bestandteils der Verschleißschutzschicht (16) über die Dicke variiert, insbesondere der Kern mit Eisen und/oder der Saum mit Aluminium angereichert ist.
17. Kolben nach einem der Ansprüche 10 - 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht eine Dicke von bis zu 10 mm aufweist.
18. Kolben nach einem der Ansprüche 10 - 17, dadurch gekennzeichnet, dass dieser ferner einen Kühlkanal aufweist, dessen Innenfläche zumindest teilweise durch die Verschleißschutzschicht (16) gebildet wird.
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