DE10128461C2 - Cooled ring carrier - Google Patents

Cooled ring carrier

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden eines Kühlkanalbleches mit einem Ringträger eines Kolbens einer Brennkraftmaschine, wobei das Kühlkanalblech durch einen Lötvorgang mit dem Ringträger verbunden sind.The invention relates to a method for connecting a cooling duct plate a ring carrier of a piston of an internal combustion engine, the cooling duct plate are connected to the ring carrier by a soldering process.

Aus der DE 197 50 021 A1 ist ein gekühlter Ringträger für einen Kolben einer Brennkraftmaschine bekannt. Dieser gekühlte Ringträger hat eine oder zwei radial nach innen weisende, kreiszylindrische Flächen, an denen durch Schweißen ein Blechkühlkanal befestigbar ist. Dieser Blechkühlkanal ist mit einer Preßpassung in den Ringträger eingespannt und weist umlaufende, mit dem Ringträger zu kontaktierende Kanten auf. Dabei muß der Winkel zwischen der nach innen weisenden Fläche des Ringträgers und der Kanten des Blechkühlkanales im Bereich seiner den Ringträger kontaktierenden Flächen kleiner als 45° sein.DE 197 50 021 A1 describes a cooled ring carrier for a piston Internal combustion engine known. This cooled ring carrier has one or two radial inward-facing, circular-cylindrical surfaces, to which welding occurs Sheet metal cooling duct is attachable. This sheet metal cooling duct is with a press fit in clamped the ring bearer and assigns circumferential to the ring bearer contacting edges. The angle between the inward facing surface of the ring carrier and the edges of the sheet metal cooling duct in the area of its surfaces contacting the ring carrier be less than 45 °.

Ein solcher gekühlter Ringträger hat mehrere Nachteile. Zum einen ist es erforderlich, Ringträger und Blechkühlkanal so herzustellen und aufeinander abzustimmen, daß der Winkel das vorgegebene Winkelmaß (kleiner als 45°) einhält. Darüber hinaus ist es erforderlich, daß der Blechkühlkanal mit einer Preßpassung in den Ringträger eingespannt wird.Such a cooled ring carrier has several disadvantages. For one thing it is necessary to produce ring carrier and sheet cooling channel and on top of each other to coordinate that the angle complies with the specified angular dimension (less than 45 °). In addition, it is necessary that the sheet metal cooling duct with an interference fit in the ring carrier is clamped.

Zum anderen ist es ein Nachteil, daß der Blechkühlkanal durch Schweißen an dem Ringträger befestigt wird. Denn das in der DE 197 50 021 A1 beschriebene Schweißverfahren wie Laserschweißen, EB-Schweißen oder Mikroplasmaschweißen hat den Nachteil, daß es sehr genau auf die Geometrie abgestimmt werden muß und trotzdem nicht zu der erwünschten Festigkeit und Dichtigkeit führt. Der Ringträger weist ein wesentlich höheres Materialvolumen auf als die umlaufend zu kontaktierenden Flächen des Blechkühlkanales, so daß die Energie beim Schweißen, die erforderlich ist, um die Oberfläche des Ringträgers anzuschmelzen, zu hoch ist für die Flächen des Blechkühlkanales, die dadurch weit abgeschmolzen werden und es somit gerade zu Undichtigkeiten des Kühlkanales kommt.On the other hand, it is a disadvantage that the sheet metal cooling duct is welded to the Ring carrier is attached. Because that described in DE 197 50 021 A1 Welding processes such as laser welding, EB welding or micro plasma welding has the disadvantage that it has to be matched very precisely to the geometry and nevertheless does not lead to the desired strength and tightness. The ring bearer has a much higher volume of material than the all around contacting surfaces of the sheet metal cooling channel, so that the energy when Welding, which is required to melt the surface of the ring carrier,  is too high for the surfaces of the sheet metal cooling channel, which melted away as a result and there are just leaks in the cooling channel.

Aus der DE 197 22 053 A1 ist es für einen Kolben bekannt, daß das den Kühlkanal bildende Bauteil an seiner radial äußeren dem Ringträgerbauteil zugewandten Seite offen ist und im Querschnitt betrachtet zwei in Richtung auf das Ringträgerbauteil erstreckte Schenkel aufweist, die an dem Ringträgerbauteil angefügt sind, wobei das Anfügen durch Anwalzen oder Anschweißen erfolgt.From DE 197 22 053 A1 it is known for a piston that the cooling channel forming component on its radially outer side facing the ring carrier component is open and viewed in cross section two towards the ring support member has extended legs which are attached to the ring support member, the Attachment is carried out by rolling or welding.

Aus der Veröffentlichung Weld & Vision (Ausgabe 6/Oktober 2002/Fronius International GmbH) ist als flexibles Fügeverfahren das MIG-Löten bekannt, wobei diese Veröffentlichung keinen Hinweis gibt auf die Verwendung des Lötverfahrens bei Kolben für Brennkraftmaschinen.MIG soldering is known from the publication Weld & Vision (edition 6 / October 2002 / Fronius International GmbH) as a flexible joining process, but this publication does not give any indication of the use of the soldering process with pistons for internal combustion engines.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Verbinden eines Kühlkanalbleches mit einem Ringträger eines Kolbens einer Brennkraftmaschine bereitzustellen, mit dem die geschilderten Nachteile wirksam vermieden werden.The invention is therefore based on the object of a method for connecting a Cooling duct plate with a ring carrier of a piston of an internal combustion engine To provide, with which the disadvantages described are effectively avoided.

Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.This object is solved by the features of claim 1.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß das Kühlkanalblech durch MIG-Löten mit dem Ringträger verbunden wird. MIG ist die Abkürzung für Metallinertgas, wobei das MIG- Löten im Zusammenhang mit der Figurenbeschreibung noch erläutert wird.According to the invention it is provided that the cooling duct sheet by MIG soldering with the Ring bearer is connected. MIG is the abbreviation for metal inert gas, where the MIG Soldering will be explained in connection with the description of the figures.

Das Lötverfahren hat den Vorteil, daß die Oberfläche der beteiligten Bauteile (Kühlkanalblech und Ringträger) nicht angeschmolzen wird. Dadurch ist gewährleistet, daß die Löt-Verbindung zwischen dem Kühlkanalblech und dem Ringträger ausreichend fest und dicht ist, so daß beim Alfinieren vor dem Eingießen des gekühlten Ringträgers in dem Kolben keine in dem Kühlkanal eingeschlossenen Gase aus diesem austreten können, wodurch wirksam verhindert wird, daß die Schmelze durch Oxidbildung verunreinigt wird.The soldering process has the advantage that the surface of the components involved (Cooling duct plate and ring carrier) is not melted. This is ensures that the soldered connection between the cooling duct plate and the Ring carrier is sufficiently firm and tight so that when it is refined it is poured in of the cooled ring carrier in the piston none enclosed in the cooling channel Gases can escape from this, effectively preventing the Melt is contaminated by oxide formation.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Verbindung zwischen dem Kühlkanalblech und dem Ringträger eine hochduktile Naht ist, die frei von Rissen, Poren und Mikrorissen ist, so daß Verzug und Sprödigkeit vermieden werden. Zusätzlich kommt noch hinzu, daß durch den Lötvorgang, insbesondere das MIG-Löten, eine hohe Vorschubgeschwindigkeit erzielt werden kann.Another advantage is that the connection between the cooling duct plate and the ring carrier is a highly ductile seam that is free of cracks, pores and  Micro cracks, so that warpage and brittleness are avoided. In addition comes in addition, the soldering process, in particular MIG soldering, results in a high level Feed speed can be achieved.

Ergänzend ist vorgesehen, daß als Lötmaterial Nickelbasislot zugeführt wird. Durch die Zufuhr von Lötmaterial entfällt die genaue Abstimmung der Flächen des Kühlkanalbleches in bezug auf die radial nach innen weisenden Flächen des Ringträgers, so daß auch geringfügige Spalte durch das Lötmaterial verschlossen werden. Daher ist es auch nicht erforderlich, den Blechkühlkanal mit einer Preßpassung in den Ringträger einzuspannen.In addition, it is provided that nickel-based solder is supplied as the soldering material. By the supply of soldering material eliminates the precise coordination of the areas of the Cooling channel plate with respect to the radially inward facing surfaces of the Ring carrier, so that even small gaps are closed by the solder material become. It is therefore not necessary to use a sheet metal cooling duct Clamp press fit in the ring carrier.

Ein gekühlter Ringträger, der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist, ist in der Figur gezeigt.A cooled ring carrier which is produced using the method according to the invention, is shown in the figure.

Ein in etwa kreisförmig geformtes Kühlkanalblech 1, wobei der Querschnitt des Kühlkanalbleches auch andere geometrische Formen aufweisen kann, wird mit seinen Enden an nach innen weisende, kreiszylindrische Flächen eines Ringträgers 2 angelegt. Dabei können die Kanten der Flächen des Kühlkanalbleches 1 parallel zu der nach innen weisenden Fläche des Ringträger 1 ausgebildet sein, müssen es aber nicht. In vorteilhafter Weise liegen die Flächen des Kühlkanalbleches 1 fest an der nach innen weisenden Fläche des Ringträgers 2, wobei dies auch nicht unbedingt Voraussetzung für das anschließende Lötverfahren ist.An approximately circular-shaped cooling duct plate 1 , the cross section of the cooling duct plate also being able to have other geometric shapes, is placed with its ends on inwardly facing, circular-cylindrical surfaces of a ring carrier 2 . The edges of the surfaces of the cooling duct sheet 1 can be formed parallel to the inwardly facing surface of the ring carrier 1 , but need not be. Advantageously, the surfaces of the cooling duct plate 1 lie firmly on the inwardly facing surface of the ring carrier 2 , which is also not a prerequisite for the subsequent soldering process.

Bei dem MIG-Lötverfahren wird ein Lichtbogen erzeugt, der aus einer geregelten Stromquelle gespeist wird. Wird ein Impulsstrom, gegebenenfalls überlagert von einem Grundstrom, eingesetzt, wird bei optimaler Parameterwahl genau ein Tropfen Zusatzwerkstoff pro Impuls von der Elektrode, insbesondere einer Drahtelektrode, abgelöst. Dieser Tropfen setzt sich dann genau in den Bereich, in dem die Flächen des Kühlkanalbleches 1 und des Ringträgers 2 aneinanderstoßen. Damit ist auch ein nur minimaler Spritzerauswurf sowie die niedrige Wärmeeinbringung verbunden, d. h., der Grundwerkstoff, also das Kühlkanalblech 1 und der Ringträger 2, werden nicht aufgeschmolzen. Es ergibt sich auch eine einfache Nachbearbeitung der Naht, die aus Lötmaterial 4 besteht. Als Schutzgas für das MIG-Löten kommt z. B. Argon in Betracht, wobei aber auch mit niedrig O2- oder CO2-haltigen Schutzgasen gelötet werden kann. Dies hat den Vorteil, daß dadurch der Lichtbogen stabiler wird.In the MIG soldering process, an arc is generated which is fed from a regulated power source. If a pulse current, possibly superimposed by a basic current, is used, exactly one drop of filler material per pulse is detached from the electrode, in particular a wire electrode, when the parameters are optimally selected. This drop then settles precisely in the area in which the surfaces of the cooling duct plate 1 and the ring carrier 2 abut. This also involves only a minimal splash ejection and the low heat input, ie the base material, that is to say the cooling duct sheet 1 and the ring carrier 2 , are not melted. There is also a simple post-processing of the seam, which consists of solder material 4 . As a protective gas for MIG soldering comes e.g. B. argon, but can also be soldered with low O 2 - or CO 2 -containing protective gases. This has the advantage that the arc is more stable.

Das Lötmaterial 4 wird insbesondere als Draht automatisch bei Drehung des Ringträgers zugeführt. Dabei ist es erforderlich, daß für einen zuverlässigen Stromübergang auf den Draht aus Lötmaterial 4 zur Erzeugung des Lichtbogens gesorgt wird.The soldering material 4 is fed automatically, in particular as a wire, when the ring carrier rotates. It is necessary to ensure a reliable current transfer to the wire made of solder material 4 for generating the arc.

Durch entsprechende Parameterwahl beim MIG-Löten wird verhindert, daß die Oberflächen der beteiligten Bauteile (Kühlkanalblech und Ringträger) angeschmolzen werden.Appropriate parameter selection during MIG soldering prevents the Surfaces of the components involved (cooling duct sheet and ring carrier) be melted.

Besonders gute Ergebnisse hinsichtlich der Verbindung zwischen dem Ringträger und dem Kühlkanalblech beim Lötvorgang ergeben sich, wenn die folgenden Schritte zumindest teilweise, in vorteilhafter Weise aber in ihrer Gesamtheit, ausgeführt werden:
Es werden zunächst zumindest die Fügestellen der beteiligten Bauteile (Kühlkanalblech und Ringträger) gereinigt, wobei auch eine komplette Reinigung der beteiligten Bauteile denkbar ist. Anschließend wird eine Lötpaste zumindest auf die Fügestellen des Kühlkanalbleches und/oder des Ringträgers aufgebracht, wonach anschließend ein Aufheizen der beteiligten Bauteile, insbesondere über H2- Schutzgas, erfolgt. Diese Temperatur wird über eine vorgebbare Zeit gehalten, wobei nach Ablauf dieser Haltezeit ein Abkühlungsvorgang, insbesondere wieder unter Schutzgas, durchgeführt wird. Die Haltezeit, sowie die Aufheiztemperatur und die Temperatur nach dem Abkühlen richten sich insbesondere nach den Materialien und den Geometrien, insbesondere den Abmessungen der beteiligten Bauteile. Der MIG- Lötvorgang wird in vorteilhafter Weise unter Schutzgasatmosphäre durchgeführt, wobei dies aber auch entfallen kann.Particularly good results with regard to the connection between the ring carrier and the cooling duct sheet during the soldering process are obtained if the following steps are carried out at least partially, but advantageously in their entirety:
First, at least the joints of the components involved (cooling duct sheet and ring carrier) are cleaned, and complete cleaning of the components involved is also conceivable. Subsequently, a solder paste is applied at least to the joints of the cooling duct sheet and / or the ring carrier, after which the components involved are heated up, in particular using H 2 protective gas. This temperature is held for a predeterminable time, with a cooling process being carried out after this holding time, in particular again under protective gas. The holding time, the heating temperature and the temperature after cooling depend in particular on the materials and the geometries, in particular the dimensions of the components involved. The MIG soldering process is advantageously carried out under a protective gas atmosphere, although this can also be omitted.

Claims (2)

1. Verfahren zum Verbinden eines Kühlkanalbleches (1) mit einem Ringträger (2) eines Kolbens einer Brennkraftmaschine, wobei das Kühlkanalblech (1) durch einen Lötvorgang mit dem Ringträger (2) verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Lötvorgang ein MIG-Lötvorgang ist, und daß Nickelbasislot als Lötmaterial (4) zugeführt wird.1. A method for connecting a cooling duct plate ( 1 ) with a ring carrier ( 2 ) of a piston of an internal combustion engine, the cooling duct plate ( 1 ) being connected to the ring carrier ( 2 ) by a soldering process, characterized in that the soldering process is a MIG soldering process , and that nickel-based solder is supplied as solder material ( 4 ). 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lötmaterial (4) als Draht zuführbar ist.2. The method according to claim 1, characterized in that the solder material ( 4 ) can be fed as a wire.
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