Aluminiumkolben mit einer Laufflächenbewehrung sind an sich bekannt. Solche Bewehrungen werden in vielen Fällen galva¬ nisch aufgebracht und bestehen beispielsweise aus Eisen- Nickel- oder Chromschichten. Das Aufbringen solcher Schich¬ ten ist technisch aufwendig und daher mit relativ hohen Ko¬ sten verbunden.

Eine andere Art Bewehrung besteht in kunstharzgebundenen Graphitschichten, die beispielsweise im Siebdruckverfahren aufgebracht werden können.

Insbesondere bei den zuletzt genannten kunstharzgebundenen Graphitschichten besteht der Wunsch, die Lebensdauer dieser Schichten zu erhöhen.

Von dem vorgenannten Stand der Technik ausgehend beschäf¬ tigt sich die Erfindung mit dem Problem, auf einem mög¬ lichst kostengünstigen Weg eine Laufflächenbewehrung für einen Kolben zu schaffen, die bei kostengünstiger Herstell¬ barkeit eine lange Lebensdauer aufweist.

Grundsätzliche Lösungen für dieses Problem geben die kenn¬ zeichnenden Merkmale der Ansprüche 1, 6 und 16 an.

Die auf diese Anspüche jeweils rückbezogenen Unteransprüche stellen zweckmäßige Ausgestaltungen dieser jeweiligen kon¬ kreten Lösungen dar. Nähere Einzelheiten der Erfindung und die mit dieser erzielbaren Vorteile werden im Zusammenhang mit der Beschreibung anhand verschiedener in der Zeichnung

dargestellter Ausführungsbeispiele noch näher dargelegt werden.

In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 Eine Ansicht eines Kolbens mit einer lokalen Laufflächenbeschichtung des Kolbenschaftes,

Fig. 2 eine Ansicht eines Kolbens mit einer zusätzlichen Beschichtung im Be¬ reich der Kolbenringstege ein¬ schließlich des Feuersteges,

Fig. 3 eine Ansicht eines Kolbens mit einem em lokal folienbeschichteten Kol¬ benschaft,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch den Kol¬ ben-Schaftbereich mit einer Ver¬ größerung eines Bereiches hieraus,

Fig. 5 eine Ansicht auf einen Ausschnitt aus einer mit verschiedenen Perfora¬ tionen versehenen Folie,

Fig. 6 eine Ansicht eines Kolbens mit einem an dem Schaft formschlüssig verankerten plattenförmigen Bewehrungsteil,

Fig. 7 eine Ansicht des Bewehrungsteiles

nach Fig. 6 vor der Montage auf den Kolben,

Fig. 8 einen Schnitt durch das Bewehrungs¬ teil nach Linie VIII - VIII in Fig. 7,

Fig. 9 eine Ansicht eines Kolbens mit ein¬ em plattenförmigen Bewehrungsteil in einer anderen Ausführungsform,

Fig. 10 einen Halbschnitt durch den Schaft des Kolbens nach Linie X - X, in Fig. 9,

Fig. 11 eine Ansicht des plattenförmigen

Bewehrungsteiles aus Fig. 9 vor seiner Montage auf den Kolben,

Fig. 12 einen Schnitt durch das Bewehrungs¬ teil nach Fig. 11 nach Linie XII - XII, in Fig. 11,

Fig. 13 eine Ansicht auf einen Kolbenkopf mit angeformten Naben und einem in diesen verankerten selbsttragenden Bewehrungsteil,

Fig. 14 einen Halbschnitt durch die Naben des Kolbens in Fig. 14 nach Linie XV - XV.

Fig. 15,16 einen Kolben mit an den seitlichen

Enden eingegossenen plattenförmi- gen Bewehrungselementen jeweils teils in Ansicht, teils im Schnitt in zueinander senkrechten Richtun¬ gen

Fig. 17 einen Schnitt durch den Kolben nach nach Linie XII-XII in Fig. 15,

Fig. 18,19 einen Kolben mit an den seitlichen Enden eingegossenen plattenförmi¬ gen Bewehrungselementen in einer zu den Fig. 15 und 17 anderen Aus- führungsform, jedoch in der glei¬ chen Darstellungsweise,

Fig. 20 einen Schnitt durch den Kolben nach nach Linie XX-XX in Fig. 18

Fig. 21,22 einen Kolben in einer weiteren zu den Fig. 15,16 bzw. 18,19 vergleichba¬ ren Form und Darstellung,

Fig. 23 einen Schnitt durch den Kolben nach Linie XXIII-XXIII in Fig. 21,

Fig. 24,25 einen Kolben in einer zu den Fig. 21,22 ähnlichen Ausführungsform und gleicher Darstellungsweis,

Fig. 26 einen Schnitt durch den Kolben nach Linie XXVI-XXVI in Fig. 24

In sämtlichen Zeichnungsdarstellungen sind die gezeigten erfinderungsgemäßen Bewehrungen in allen nachfolgend be¬ schriebenen Ausführungsformen, d.h. als Schichten, Folien oder Bewehrungsplatten in Ansicht oder Draufsicht jeweils punktiert dargestellt und sind deshalb nachfolgend nicht durch ein besonderes Bezugszeichen gekennzeichnet.

Bei dem Kolben nach Figur 1 ist auf den Tragflächen eines entsprechend vorbearbeiteten Kolbenschaftes jeweils eine Laufflächenschicht aufgebracht. Diese besteht aus einem Kunstharz, in das Metallpartikel eingebracht sind. Diese Metallpartikel können aus Nickel, Eisen, Bronze, Chrom, Kupfer oder Silber bestehen, wobei diese einzeln oder in Legierungsform miteinander kombiniert vorliegen können. Es sind auch Metalloxide, andere metallische Verbindungen oder Substanzen, die ein günstiges Gleit- und Verschleißverhal¬ ten haben, eingeschlossen.

Das Kunstharz kann beispielsweise ein aushärtbares Polyimid oder Polyamidimid sein, wobei in der Schicht zusätzlich auch noch Festschmierstoffe, wie beispielsweise Graphit, enthalten sein können. Die Schicht besitzt eine Dicke von etwa 15 bis 25 Mymeter. Der Durchmesser der Metallpartikel in der Schicht soll nicht über etwa 15 Mymeter liegen, da¬ mit die Metallpartikel vollständig in der Schicht eingebet¬ tet sind. Die Metallpartikel können zweckmäßigerweise auch lamellenförmig sein mit einer Gesamtlänge von maximal etwa 50 Mymeter. Die Breite dieser Lamellen ist auf etwa 15 My¬ meter beschränkt. Die Schichtfläche soll nach ihrer Auf¬ bringung nicht mehr bearbeitet werden. Das Aufbringen der Schicht kann beispielsweise in dem an sich bekannten Sieb¬ druckverfahren auf einen entsprechend vorbearbeiteten Kol¬ ben erfolgen.

In Fällen, bei denen bei einem Kolben die Ringstege und eventuell auch der Feuersteg die Zylinderlauffläche kontak¬ tieren, können diese Bereiche mit beschichtet werden, wie dies die Figur 2 zeigt.

Bei dem Kolben nach Figur 3 besteht die Laufflächenbeweh¬ rung aus einer aufgeklebten, relativ dünnen Folie mit einer Dicke zwischen etwa 20 und 40 Mymeter. Die Verklebung kann mit einem für wärmebeständige Verklebungen an sich bekann¬ ten KlebstoffSystem erfolgen.

Das Kolbengrundmaterial ist in allen Fällen der beschriebe¬ nen Ausführungsbeispiele jeweils Aluminium. Die aufzukle¬ bende Folie kann beispielsweise aus Nickel, Eisen, Chrom, Stählen oder Bronze bestehen, wobei die einzelnen Elemente allein oder miteinander kombiniert in Form von Legierungen vorliegen. Als Folien sollen insbesondere Präzisionsfolien verwendet werden, bei denen die Dicke äußerst kleinen Tole¬ ranzen unterworfen ist.

Die Folien sollen lediglich lokal auf dem Kolbenschaft auf¬ getragen werden und zwar auf den Tragflächen auf der Druck- und Gegendruckseite des Kolbenschaftes.

Die Folien können, wie in Figur 5 dargestellt, verschieden¬ artig perforiert bzw. mit einer einseitigen Prägung verse¬ hen sein, um eine Tribologieverbesserung zu erreichen.

Eine Nachbearbeitung des Kolbenschaftes nach dem Aufkleben der Folien soll nicht erfolgen. Zu diesem Zweck muß zum ei¬ nen eine Präzisionsfolie mit einer genau definierten und eingehaltenen Dicke verwendet werden. Darüber hinaus darf die Klebeschicht keine Maßungenauigkeiten hervorrufen. Um

kleberbedingte Maßabweichungen zu vermeiden, wird die Flä¬ che auf dem Grundmaterial Aluminium, auf die die Folie auf¬ zukleben ist, zerklüftet ausgeführt und der Kleber so auf¬ getragen, daß er nur in den Tälern der Zerklüftung Kontakt mit der Folie hat, während die Folie im übrigen auf den äu¬ ßeren Spitzen der Zerklüftung aufliegt. Die Zerklüftung wird in der Praxis zweckmäßigerweise durch ein Drehprofil gebildet, das auf einer Drehbank mit Hilfe eines entspre¬ chend eingestellten Vorschubes mit dem Drehmeißel erzeugt wird. Drehprofile dieser Art werden durch Rauhigkeitswerte definiert. Im vorliegenden Fall sollte das Drehprofil durch Rauhigkeitswerte zwischen 5 und 50 Mymeter bestimmt sein. Wie eine Folie erfindungsgemäß auf den Spitzen eines Dreh¬ profiles aufliegen soll, zeigt die Figur 4. Die Drehriefen¬ täler sind dort mit einem die Folie kontaktierenden Kleber ausgefüllt. Der zu verwendende Klebstoff sollte zumindest bis 180 Grad Celcius warmbeständig sein.

Bei dem Kolben in Figur 6 ist anstelle einer Folie ein plattenförmiges Bewehrungsteil vorgesehen, das formschlüs¬ sig über einen Federverschluß auf dem Kolbenschaft veran¬ kert ist. Die federnden Teile des Federverschlusses sind in das plattenförmige Bewehrungsteil integriert. Zu diesem Zweck sind in Hubrichtung des Kolbens oben und unten lie¬ gende Laschen des Bewehrungsteiles als Federhaken gemäß Fi¬ gur 8 ausgebildet.

Bei der Ausführung nach den Figuren 11 und 12 ist das plat- tenförmige Bewehrungsteil über horizontal angebrachte La¬ schen in Aufnahmeschlitze (Figur 10) des Kolbenschaftes eingeschnappt.

Die Ausgangsform des in Figur 11 dargestellten plattenför-

igen Bewehrungsteiles zeigt die Figur 12. Die Montage er¬ folgt in der Weise, daß das plattenförmige Bewehrungsteil einfach in die entsprechenden Aufnahmeschlitze des Kolben¬ schaftes eingesteckt wird, wodurch das Bewehrungsteil sich der Außenform des Schaftes anpasst.

Bei der Ausführung nach den Figuren 13,14 wird der Kolben¬ schaft ausschließlich von einem in die Naben eingesetzten Bewehrungsteil gebildet. Dabei setzt sich der Kolbenschaft aus zwei Teilen zusammen, von denen das eine Bewehrungsteil auf der Druck- und das andere Bewehrungsteil auf der Gegen¬ druckseite in den Naben des Kolbenkopfes verankert ist. Die betreffenden Bewehrungsteile sind festigkeitsmäßig so aus¬ gelegt und verankert, daß sie die auf den Kolben im Motor¬ betrieb einwirkenden Querkräfte sicher aufnehmen können.

Bei den Ausführungen nach den Figuren 6 bis 14 bestehen die Bewehrungsteile jeweils aus einem Federstahl, tarn die fe¬ dernde Verankerung erreichen zu können. Die Dicke des zum Einsatz kommenden Federstahles liegt etwa zwischen 0,3 und 1,0 mm.

Bei einem Kolben nach den Fig. 15 - 17 ist jeweils eine Be¬ wehrungsplatte seitlich im Bereich der Naben bei der Gu߬ herstellung des Kolbens eingegossen. Im Bereich der Naben¬ bohrungen ist in diesen Bewehrungsplatten jeweils eine Öff¬ nung ausgespart. Die beiden Bewehrungsplatten ragen jeweils in die Tragseiten des Kolbenschaftes hinein, wo sie jedoch umfangsmäßig mit Abstand zueinander enden.

Die Bewehrungsplatten müssen bei dieser Ausführung eine zur Aufnahme der Kolbenseitenkräfte ausreichende Festigkeit be¬ sitzen. Die Dicke der Bewehrungsplatten liegt etwa im einem

Bereich von 2 mm. Die Bewehrungsplatten des Kolbens die auch als Streifen bezeichnet werden können, werden auf der außen liegenden Oberfläche bearbeitet. Die Form der außen liegenden Oberfläche entspricht der Kolbenform.

Bei dem Kolben nach den Fig. 18 - 20 liegt jeweils auf der Druck/Gegendruckseite des Kolbenschaftes eine Bewehrungs¬ platte auf dem Kolbengrundmaterial auf mit jeweils einer Verankerung innerhalb des Kolbengrundmaterials in dem Na¬ benbereich. Diese Verankerung wird bei einer Guß-Herstel¬ lung des Kolbens durch Eingießen der horizontalen Enden der Bewehrungsplatten, die zu diesem Zweck etwa rechtwinklig abgeknickt und mit in radialer Richtung gesehen Hinter¬ schnitten versehen sind, erreicht. Die Hinterschnitte kön¬ nen durch eine entsprechende Formgebung der Bewehrungsplat¬ ten erzielt werden, die zu diesem Zweck wellenförmig ausge¬ bildet oder mit Löchern versehen sein können, realisiert werden.

Die Bewehrungsplatten verlaufen praktisch über die gesamte Schafthöhe und können seitliche Ausnehmungen besitzen. Da¬ durch können sie bei einer in Ansicht dargestellten Kolben¬ schafttragseite die Form eines Doppel-T-Profils mit oben und unten liegenden horizontalen T-Balken aufweisen. Wich¬ tig für die Funktion ist, daß bei dem Kolben allein die Be¬ wehrungsplatten die Zylinderlaufbau des Motors kontaktie¬ ren. Dies bedeutet, daß das Kolbengrundmaterial in den seitlichen Ausnehmungen der Bewehrungsplatten radial zu¬ rückgesetzt sein muß.

Der Kolben nach den Fig. 21 - 23 unterscheidet sich von demjenigen nach den Fig. 18 - 20 praktisch allein dadurch, daß die Bewehrungsplatten in den Tragbereichen des Kolbens

nur auf ihren Rändern rahmenartig auf dem Kolbengrundmate¬ rial aufliegen, während das Kolbengrundmaterial innerhalb dieser Rahmenbereiche ausgespart ist. In diesen von Kolben¬ grundmaterial ausgesparten Bereichen müssen die Bewehrungs¬ platten die Kolbenseitenkräfte allein aufnehmen können, d. h. die Kraftübertragung auf das Kolbengrundmaterial erfolgt allein über die Auflage-Randbereiche der Bewehrungsplatten.

Bei dem Kolben nach den Fig. 24 - 26 ist der Randauflagebe¬ reich der Bewehrungsplatten auf dem Kolbengrundmaterial noch weiter verringert, indem eine horizontale Auflage am unteren Kolbenschaftende ganz fehlt. Die Bewehrungsplatten sind in diesem Fall jedoch seitlich über ihre gesamte Höhe in dem Grundmaterial des Nabenbereiches verankert. Dabei können die Bewehrungsplatten jeweils in einem Umfangsbe- reich Ausnehmungen aufweisen. Diese Ausnehmungen liegen zweckmäßigerweise seitlich mit einigem Abstand zu dem Be¬ reich, in dem die Pleuelschwingebene die Schaftmantelkontur schneidet, damit der Schaft in diesem Schnittbereich tra¬ gende Funktion gegenüber der Zylinderlaufbahn besitzen kann.

Die erfindungsgemäßen Kolbenausführungen eignen sich insge¬ samt besonders für einen Einsatz in Motoren, bei denen die Zylinderlauffläche und das Kolbengrundmaterial gleicherma¬ ßen Aluminium sind. Insbesondere in dem Fall, daß die aus Aluminium bestehende Zylinderlauffläche unbeschichtet ist, ist eine Bewehrung eines Aluininiumkolbens zwingend erfor¬ derlich. Die bisher aufgebrachten galvanischen Metall¬ schichten sind zwar technisch funktionsfähig, aber mit ho¬ hem kostenträchtigen Herstellungsaufwand verbunden. Die er¬ findungsgemäßen Alternativen sind dagegen bei zumindest gleich guter Funktion erheblich kostengünstiger herstell-

bar,