CN106662034A - 用于冷却通道活塞的延长的冷却通道入口以及用于其运行的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种活塞(1)、特别是用于内燃机的活塞，所述活塞具有活塞下部(2)和活塞上部(3)、处于内部的优选环形的冷却通道(5)和设置在所述活塞下部(2)上的至少一个入口(10)和设置在所述活塞下部(2)上的至少一个出口(11)，通过所述入口和所述出口，冷却剂流入到所述冷却通道(5)中或从所述冷却通道流出，其中，所述至少一个入口(10)和/或所述至少一个出口(11)由通路(12)构成并且该通路与所述活塞下部(2)构造成一件式的，其中，至少一个通路(12)具有螺纹(14)，至少一个管形元件(15、115)嵌入到所述螺纹中。此外，本发明涉及一种用于调校活塞(1)、特别是用于内燃机的活塞的冷却通道(5)中的冷却剂水平的方法，所述活塞具有所述冷却通道(5)中的由至少一个通路(12)构成的至少一个入口(10)和/或出口(11)，其中，所述冷却通道(5)中的冷却剂水平通过可调校的管形元件(15、115)来调节。

Description

用于冷却通道活塞的延长的冷却通道入口以及用于其运行的 方法

技术领域

本发明涉及按照独立权利要求的相应前序部分所述特征的一种用于内燃机的冷却通道活塞以及一种用于调校冷却通道中的冷却剂水平的方法。

背景技术

已知这样的冷却通道活塞，其中，在活塞上部(也称为活塞顶)中设置有冷却通道(也称为冷却空间)。冷却通道通常具有至少一个开口，冷却介质引入到所述开口中。在冷却介质已经经过该冷却通道之后，冷却介质在另一开口处或在相同开口处离开冷却通道。

DE 10 2011 007 285 A1涉及一种用于内燃机的活塞，所述活塞具有活塞上部和活塞下部、用于在内燃机运行期间冷却活塞的处于内部的优选环形的冷却通道和设置在所述活塞下部上的至少一个入口和设置在所述活塞下部上的至少一个出口，通过所述入口和所述出口，冷却剂流入到所述冷却通道中或从所述冷却通道流出，其中，所述至少一个入口和/或所述至少一个出口由环形凸起或斜坡形隆起包围，所述环形凸起或隆起抑制冷却剂液位下降到预限定的水平以下，并且与活塞下部构造成一件式的。然而，环形凸起仅能构建在被挤出的材料的高度中。因此，流入可能性也限制于冷却通道中的冷却剂的水平或液位。

发明内容

因此，本发明的任务在于，可以在较大范围内调节冷却剂液位以及提供一种用于调节冷却通道中的冷却剂水平的方法。

该任务通过具有独立权利要求所述特征的一种活塞和一种方法得以解决。

按照本发明涉及一种活塞特别是用于内燃机的活塞，所述活塞具有活塞下部和活塞上部、处于内部的优选环形的冷却通道和设置在所述活塞下部上的至少一个入口和设置在所述活塞下部上的至少一个出口，通过所述入口和所述出口，冷却剂流入到所述冷却通道中或从所述冷却通道流出，其中，所述至少一个入口和/或所述至少一个出口由通路构成并且该通路与所述活塞下部构造成一件式的，其中，至少一个通路具有螺纹，至少一个管形元件嵌入到所述螺纹中。通过在所述至少一个入口和/或出口中设置螺纹，可以将任意元件、例如管形元件拧入活塞中，所述元件可以由冷却剂流过。通过制造具有至少一个螺纹的活塞，之后的批量生产可以鉴于活塞的冷却通道中的冷却剂水平进行。所提及的活塞可以直至该步骤相同地制造。

此外，按照本发明规定：所述至少一个通路平坦地利用冷却通道壁的表面封闭。由此，冷却剂水平可以自由地通过管形元件的拧入长度来调节。因此，不会产生最小液面高度。

备选地，按照本发明规定：所述至少一个通路具有至少一个凸缘。由此，获得在那里要引入的螺纹的加强。在活塞和所拧入的构件、例如管形元件之间的连接是较稳固的。

此外，按照本发明规定：所述至少一个凸缘构成在所述冷却通道壁的面对所述螺栓孔的那侧上。由此，所述至少一个通路可以构建在由活塞下部和活塞上部接合的活塞上。

备选地，按照本发明规定：所述至少一个凸缘构造在所述冷却通道壁的背离所述螺栓孔的那侧上并且因此伸入到所述冷却通道中。由此，在冷却通道中达到最小冷却剂液面高度。

此外，按照本发明规定：所述至少一个管形元件与所述至少一个通路齐平地封闭或者与所述至少一个通路的凸缘齐平地封闭。在这种情况下，管形元件用于将冷却剂较好地供给到冷却通道，但不影响冷却通道中的冷却剂水平。

按照本发明，在另一个构造方案中规定：所述至少一个管形元件超过所述至少一个通路和/或所述至少一个通路的凸缘伸入到冷却通道中。通过管形元件向冷却通道中的压入深度影响冷却通道中的冷却剂的水平。

此外，按照本发明规定：所述至少一个管形元件沿与所述冷却通道相反的方向突出于所述至少一个螺纹。在这种情况下，管形元件用于将冷却剂较好地供给到冷却通道，例如冷却剂可以借助于喷嘴直接输送到管形元件中。

此外，按照本发明规定：所述至少一个管形元件的远离所述冷却通道的端部是漏斗形的。管形元件的漏斗形构造提高对所喷射的来自喷嘴的冷却剂的接收。通过管形元件的漏斗形构造方案可以补偿油射流的容许误差。如果油射流扇形放射，则全部的或优选全部的体积流量几乎仍可以在上止点和下止点之间在活塞向上和向下运动期间引导到冷却通道中。

按照本发明规定一种用于调校活塞、特别是用于内燃机的活塞的冷却通道中的冷却剂水平的方法，所述活塞具有冷却通道中的由至少一个通路构成的至少一个入口和/或出口，其中，所述冷却通道中的冷却剂水平通过可调校的管形元件来调节。

此外，按照本发明规定：通过流动钻孔构建用于构成所述至少一个入口和/或出口的通路。流动钻孔不产生切屑并且因此理想地在制造活塞时使用，因为在内燃机中使用活塞时，每个切屑都会危害内燃机的运行。

此外，按照本发明规定：在构成所述至少一个入口和/或出口的所述通路中通过切削螺纹产生螺纹。切削螺纹是制造技术上已知的且能自我控制的方法。因此，切削螺纹为成形螺纹的备选方案。

备选地，按照本发明规定：在所述通路中通过成形螺纹产生螺纹。成形螺纹是与流动钻孔的理想的连接步骤，因为在成形螺纹时也与在流动钻孔时一样也不产生切屑。

此外，按照本发明规定：所述冷却剂水平的所述调校通过管形元件向处于所述冷却通道中的螺纹中的拧入长度进行。拧入长度在这里表示经由管形元件的通路或通路的凸缘伸入到冷却通道中的长度。通过螺纹，冷却剂水平的特别准确的调校是可能的。在进行冷却剂水平的调节之后，管形元件可以力锁合、形状锁合和/或材料锁合地固定，目的是使冷却剂水平的调节在内燃机运行期间固定。

通过改变管形元件向冷却通道中的压入深度进行冷却剂水平的调校。

此外规定：所述管形元件用于运输冷却剂。因此，可以进行冷却剂向冷却通道中的导入和/或冷却剂的导出。所述管形元件可以在其结构方面与相应的应用情况相协调。

规定一种用于调校活塞、特别是用于内燃机的活塞的冷却通道中的冷却剂水平的方法，其中，所述冷却通道中的冷却剂水平通过可调校的管形元件来调节。通过该方法可以在内燃机运行期间在活塞的冷却通道中提供准确限定的冷却剂量。

所提及的活塞也称为冷却通道活塞并且可以包括至少两个活塞部分、例如活塞下部和活塞上部，所述活塞部分通过力锁合、形状锁合和/或材料锁合的接合方法组装成活塞。备选地，具有活塞下部和活塞上部的活塞也可以在制造过程、例如铸造法中一件式地制造，在这里取消用于接合活塞下部和活塞上部的工作步骤。为了产生型腔，在铸造法中例如使用砂芯，所述砂芯可以在铸造过程之后通过特地为此设置的开口进程冲洗。所述开口在冲洗之后封闭。

在流动钻孔过程开始时需要相对高的轴向力和转速，以便在流动钻机和冷却通道壁之间产生必需的摩擦热。在此，流动钻机的温度非常快速地上升到例如大约650°至800℃，冷却通道壁的温度例如局部上升到大约600℃。

首先从冷却通道壁挤出的材料最初逆着进给方向向上流动，随着压入深度越来越大然后产生沿进给方向的真正通路。向上和向下流动的材料之间的比例例如为大约1/3比2/3。这根据钻孔直径和材料厚度变化并且也可以更小(例如1/4比3/4)。

在流动钻机穿透冷却通道壁之后，该流动钻机现在根据流动钻机类型使向上流动的材料变形成均匀的凸缘或凸起或者使该材料直接又去除(abtragen)。在此，工具的几何形状在材料中塑造。

意想不到地已经证实的是，流动钻孔(也作为流动成形、流动孔钻或流动孔成形已知)是用于在活塞、特别是用于内燃机的活塞上产生通路的有利的非切削的方法。在此，材料不是除掉，而是借助于力和摩擦热挤出，凸起形地堆起并且成形成在活塞上的一种衬套(Buchse)或通路并且因此避免切屑产生。所挤出的且凸起形地堆起的活塞材料可以成形成凸缘或去除。所产生的稳定的衬套或通路通过材料挤出并且不通过去除产生。该均匀的变形不仅引起附加的材料加强，而且引起可观的时间节省和材料节省。在活塞上产生的通路的形状和直径通过流动钻机的圆柱形部分的尺寸来确定。通过材料挤出，在活塞上制造开口时不产生切屑。所挤出的材料有利地用于构造绕流动钻机的穿通孔的区域。通过由凸起形地堆起的材料形成凸缘可以延长随后要实现的切螺纹时进给量。用于接纳到螺纹中的构件、例如管形元件的稳定性得到提高。在拧入连接中，拧入深度对所接纳的活塞和所拧入的元件、例如管形元件之间的连接的稳定性有影响。损坏形状、焊口喷溅、螺纹变形和/或螺纹中断的危险由通过活塞中的通路上的凸缘增大的拧入深度而降低。拧入深度是由螺纹接纳在活塞中的构件、例如管形元件和内螺纹实际上承载地处于嵌接中的长度。仅在理想的拧入深度的范围内，螺纹视为完全承载。挤出的螺距在承载能力的意义中不与处于其间的完全承载的螺距等效地使用。因此，进行物理承载的拧入深度的长度扣除，据此得出理想的拧入深度。因此，通过流动钻孔在活塞上构造的凸缘有利地增大活塞中的连接、例如活塞和管形元件之间连接上的螺距的数量。以最终影响表明内螺纹构件和接纳在螺纹中的构件的出口端处的承载能力的削弱。通过构造凸缘和在其中加工的螺纹至少补偿对活塞上的拧入连接的最终影响。以有利的方式，螺纹的承载能力通过在活塞上的通路上构造凸缘来提高，所述通道与常规地例如通过钻孔或铸造而制成的开口相比通过流动钻孔在活塞中制造。

流动钻孔方法在活塞上的应用除了之前提及的优点之外另外导致以下优点。通过在活塞中应用流动钻孔方法产生用于接纳螺纹连接件、如管形元件的稳定的通路或衬套，所述元件可以由冷却剂流过。此外，成对角线的流动钻孔是可能的，在这里流动钻孔或所产生的通路的中轴线与通过活塞冲程轴线形成的竖直线成锐角或钝角地偏离。流动钻孔是非切削的制造方法，连接元件不是必需的。流动钻孔包含高的时间节省、工作节省和材料节省，因为不需要附加的元件。活塞上的通路的制造在仅一个工作过程中进行。流动钻孔是具有最小准备时间的能完全自动化的方法。为了接合构件、例如管形元件不需要铆接螺母和焊接螺母。流动钻孔方法通过均匀的变形提供更多安全性，活塞的寿命因此提高。流动钻机具有高的使用寿命并且产生突出的表面质量。不产生废屑费用和清除费用，因为涉及非切削的方法。此外，以特别有利的方式没有切屑危害内燃机的活塞的运行安全。因此，可注意到的是产品的较小失效。因此，流动钻孔通过由硬金属制成的耐用工具提供高的过程安全性。

流动钻机是具有多边形轮廓的全硬金属工具。以高的转速和轴向力压到薄壁的金属材料上，所述流动钻机产生极度的摩擦热。由此，冷却通道壁的材料能够局部地在流动钻孔位置处塑化。流动钻机在数秒内引导穿过冷却通道壁。在这里，完全无材料损耗地产生原材料的通路或衬套。在此，该衬套的长度可以为最初的材料厚度的大约三至五倍。最大程度待加工的材料厚度与流动钻机的底孔直径成比例。根据底孔直径，厚度在0.5mm(在最佳的下部加料时)至12mm(要求非常高的主轴功率)之间的材料可加工。因此，根据材料厚度和材料质量，可以利用流动钻机构建大约5000至10000个孔。

在成形螺纹时，追求流动钻孔的如下优点。非切削的衬套或通路制造引起待加工的原料的材料冷作硬化并且冷滚压的螺纹附加地加强螺距。为了成形螺纹可以使用任何通常的切削螺纹设备。但要注意的是，以较高的旋转速度(3至10倍的进程速度)工作。在成形螺纹时，也可以利用手持式钻机工作。在此，该手持式钻机应具有右旋或左旋并且具有足够的功率。手动进给的钻机称为手持式钻机。手持式钻机根据结构型式适用于向不同材料、如活塞的金属或金属合金中流动钻孔和/或成形螺纹。所有手持式钻机的共同特征是如下可能性，即，流动钻机和其他旋转的工具、例如螺纹成形机嵌入到安装在端侧的钻卡头中。用于手持式钻机的最重要的区别特征是能源输送的类型，所述能源输送可以手动地由手借助于肌力、电、液压或气动地进行。这样的手持式钻机优选可以用于制造小批量活塞。因此，每个由顾客希望的活塞数量可以设有通过流动钻孔产生的通路和通过成形螺纹产生的螺纹。

在所谓的螺纹中，螺纹成形机将通路或衬套的材料压到螺纹侧面中并且通过非切削的冷成形引起活塞材料的内部组织压实。由此，达到活塞中的螺纹的非常高的强度以及精确的螺纹引导。通过活塞材料向螺距中的不间断延伸和对成形螺纹进行冷轧而产生可高负荷的连接。由于精确的螺纹引导，不存在切坏的危险。

此外，借助于成形螺纹方法在活塞上制造螺纹具有以下优点。成形螺纹是非切削的方法并且因此有利地补充流动钻孔方法。因为在该生产步骤中没有产生切屑，所以切屑之后也不可能危害活塞在内燃机中的运行。在成形螺纹时，生产率的提高通过较高的过程速度来获得。通过在活塞中成形螺纹而产生的连接是能高负荷的并且具有精确的螺纹引导。通过例如特定的TiN涂层可以实现使用寿命的提高。此外，在流动钻孔方法中产生的通路的长度和壁厚完全保持。成形螺纹方法也是能完全自动化的方法。可以使用现有的运行介质，因为成形螺纹方法可使用在所有通常的切削螺纹设备上。

不同于常规的切削螺纹，成形螺纹结合于流动钻孔具有极大的优点。在流动钻孔时材料的以前的中温挤出和在成形螺纹时随后的冷轧引起冷却通道壁的材料的强烈加固。该加固确保高拉伸稳固的螺纹连接。非切削工作的螺纹成形机通过非常高的切割速度和极长的使用寿命引起明显的生产率提高。

输送冷却介质的开口朝冷却喷油嘴的方向定向，其中，冷却介质从冷却喷油嘴朝开口的方向喷射。在此，在将冷却通道活塞装配在内燃机的缸体中期间并且也在要运行期间要注意的是，在活塞在气缸空间中振荡地向上和向下运动期间，离开冷却喷油嘴的冷却油射流准确地射到在活塞内部区域的下侧上的开口，因此，冷却油可以到达冷却通道中。

冷却通道例如以本身已知的方式在铸造冷却通道活塞时借助于失去的芯实现，其中，从活塞内部区域在铸造过程之后加工至少一个开口、例如孔，以便到达失去的芯并且对其冲洗。

除了该构造方式之外已知的是，延长的入口作为附加的孔在真正的活塞中实现。在此，在活塞基体中通常在活塞毂的区域中浇注或成形加厚部，其中，紧接着对该加厚部钻孔。

活塞内侧朝海波摩尔高导磁率铁铝合金(Hypermal)的方向的该延长的入口具有优点，即，喷射或引入到所述入口中的冷却介质较好地引导并且较有针对性地偏转到冷却通道中并且在那里可以循环。

本发明基于一种冷却通道活塞，其中，在制造冷却通道活塞之后以任意的方式和方法在活塞顶中设置有一个冷却通道(亦或多个冷却通道或区段等等)，其中，用于冷却介质的入口的至少一个开口大致处于向下观察活塞顶终止的平面之下(亦即在螺栓孔或螺栓的顶点之上)。因此，构成用于本发明的基础的这样的活塞不具有活塞毂上的加厚部，浇注和成形该加厚部并且紧接着对其钻孔。

从大致在活塞顶的轴向端部的平面之下的用于冷却介质的入口(或出口)的所述至少一个开口出发，在开口处设置有一个构件，该构件构成延长的冷却通道入口(或延长的冷却通道出口)。该构件是一件式的或者也可以由多个构件实现。所述至少一个构件由例如钢材(例如板材)、塑料、复合材料或轻金属材料制成并且例如可以以扩宽的或渐缩的管形构件或管形元件的形式低成本地制造。连接可以通过简单的安装方法如螺钉、粘接、缝合、形锁合、卡夹、熔焊、焊接、收缩或压紧等等进行。

所述构件可以如此构造，使得所述构件伸入直至冷却通道入口的内部中，亦即超过入口或出口所在的平面。由此产生的伸入到冷却通道中的凸缘以有利的方式阻止冷却介质朝构件的方向的回流。这意味着，确保在活塞在内燃机的缸体中振荡地向上和向下运动期间总是有一定量的冷却介质剩余在冷却通道中。这些冷却介质可以从活塞顶的周围区域接收热并且通过搅拌作用与流入的新冷却介质混合并且可以由此改善地导出热。

通过利用所述至少一个按照本发明的构件补充冷却通道来延长冷却通道入口，冷却通道活塞以冷却介质的填充能够主要是在下止点上得到明显改善。测量在这里不仅在填充时、而且也在散热时带来60％的改善。

此外，当不必在活塞毂旁设置有加厚的区域时，产生重量减少，孔出于延长的冷却通道入口的目的要引入到所述区域中。由此，冷却通道活塞的活塞裙与其毂的连接有利得多地构造。

此外，可设想的是具有冷却通道的任意活塞，其中，冷却通道本身具有至少一个出口和/或开口，所述至少一个出口和/或开口装备有按照本发明的延长的冷却通道入口或冷却通道出口。

通过本发明，延长的冷却通道入口应通过活塞上的一个或多个附加的构件实现。延长的冷却通道入口应设置为用于内燃机的活塞的附加的构件，例如设置为管形元件。

本发明能实现明显改善冷却通道的填充。成本较低的制造是可能的。

延长的入口迄今为止作为附加的孔在真正的活塞中实现。在活塞材料中，将加厚部浇注或成形在活塞毂上，紧接着对所述加厚部钻孔。这在铝活塞中多年以来是现有技术，在这里可以浇注孔。

通过延长的冷却通道入口，以冷却油对活塞中的冷却通道的填充能够首先在下止点上明显改善。测量示出直至60％的改善。

本发明达到延长的冷却通道入口的成本较低的制造，主要是在不浇注的活塞中。利用这样的解决方案，活塞裙与毂的连接成本较低地构造，因为不必设置材料用于之后钻孔。降低活塞重量或活塞的质量是可能的。然而，在现有技术中活塞以常规的设计进行构造，亦即锻接加厚部并且紧接着钻出延长的入口。

也可以通过流动钻孔产生就入口和/或出口的穿透长度而言相对短的凸缘。在这里，冷却作用首先通过如下方式改善，即，在冷却通道中制造凸缘，所述凸缘阻止冷却油的回流。为了延长，可以拧入小管、例如管形元件。

该方法也具有如下优点，所述孔在不产生切屑的情况下形成。因此，流动钻孔可以通过ECM方法取代当前的非常耗费的开口。电化学去除(英语：Electro ChemicalMachining、ECM)为特别是用于非常硬的材料的去除的制造方法，其与分开相配。ECM适用于简单的去毛刺加工直至活塞上的开口的制造。

在具有凸缘或由环形凸起或斜坡状隆起包围的通路中，可以阻止冷却剂液位下降到预限定的水平之下。至少一个通路在面对螺栓孔的冷却通道壁中实行。

附图说明

本发明的其他构造方案在从属权利要求中给出，从它们得出其他优点。本发明的实施例在附图中示出并且在下面说明。

图1A和1B分别示出按照本发明的活塞横向于螺栓轴线的剖视图；

图2A和2B示出在接合成活塞之前的活塞上部和活塞下部的剖视图；

图3A和3B分别示出在加工期间图2B中的活塞下部的剖视图；

图4示出由按照图2A和2B的活塞上部和活塞下部接合的活塞的剖视图；

图5示出在加工期间按照图4的活塞的剖视图；

图6示出在成形螺纹期间按照图5的活塞的剖视图；

图7示出在完成螺纹之后按照图6的活塞的剖视图；

图8A至8G示意性示出在对活塞流动钻孔时的加工步骤；

图9A至9H示出在活塞上流动钻孔的构造方式，并且

图10示意性示出螺纹的构建。

具体实施方式

在以下附图说明中，概念如上、下、左、右、前、后等仅涉及装置和其他元件的在相应附图中所选择的示例性的表示和位置。这些概念不应限制地理解，也就是说这些关系可能由于不同的位置和/或镜像对称的设计等等发生改变。

图1A、1B、2、3A、3B、4、5、6和7示出活塞1或活塞1的形式为活塞下部2和/或活塞上部3的组成部分。以下附图说明涉及所提及活塞1的具有决定性意义的特征。

活塞下部3具有至少一个螺栓孔4。此外，活塞1在未详细表示的环区7的后面具有径向环绕的冷却通道5。该冷却通道5朝螺栓孔4的方向由冷却通道壁6界定。活塞上部3具有燃烧室凹腔8。燃烧室凹腔8可以、但不必存在。在活塞1在内燃机中运行期间，活塞1沿活塞冲程轴线9的方向运动。活塞下部2和活塞上部3通过材料锁合连接接合成活塞1。为了材料锁合接合，提供焊接、特别是摩擦焊接。在焊接时产生外部的接缝16以及内部的接缝17。图2B示出在活塞1接合之前的活塞下部2并且图2A示出在活塞1接合之前的活塞上部3。

冷却通道壁6具有至少一个通路12。该通路12设有凸缘13(参见图1A、1B、3A、3B、6和7)。所述至少一个通路12用作用于冷却剂的至少一个入口和/或所述至少一个出口。所述至少一个通路12设有螺纹14。直的管形元件15(具有相同直径)或至少一侧扩宽的管形元件115(漏斗形，具有至少在部分区域中可变的直径)可以引入所述螺纹14中。通过这些管形元件15、115，冷却剂流入到冷却通道5和/或从冷却通道流出。通过这些管形元件15、115的拧入长度可以调节冷却通道5中的冷却剂的水平。以X表示冷却通道壁6和处于管形元件15、115的端部上的开口之间的距离。以Y表示凸缘13和处于管形元件15、115的端部上的开口之间的距离。冷却通道5中的冷却剂的水平借助用于X的最小值来调节。

因此，当安装有多个管形元件15、115时，以最小的自由长度伸入到冷却通道5中的管形元件15、115确定冷却通道5中的冷却剂的水平。如果入口10高于出口11，则在入口10和出口11之间形成持续的冷却剂流。冷却通道5中的冷却剂的水平通过在冷却通道5中的出口11的位置来确定。因此，管形元件15、115的定位在冷却通道5中的端侧开口可以作为入口10和/或出口11起作用。在外周边上，管形元件15、115至少在部分区域中具有螺纹。该螺纹这样制作，使得它可以拧入螺纹14中。根据螺纹构造，能实现入口10和/或出口11在冷却通道5中的非常准确的调校。因此，活塞1的冷却通道5中的冷却剂水平可以按照以后的使用准确地调节。这能实现，活塞1可以以不同的冷却剂水平在市场上提供。此外，可以使用直地构造的管形元件15或备选地使用至少一侧扩宽的管形元件115。因此，活塞1是可变地在运行中设置在内燃机中的冷却剂量。每个活塞也可以使用仅一个管形元件15、115。所述至少一侧扩宽的管形元件115特别是适用于接收通过喷嘴雾化的冷却剂射流。

图1A示出具有两个管形元件15的活塞1。图1B示出具有至少一侧扩宽的管形元件115的活塞1。在调校管形元件15、115之后，这些元件可以力锁合、形状锁合或材料锁合地固定。所述固定例如可以在通路12或冷却通道壁6上进行。

图3A和3B示出在冷却通道壁6的区域中借助于流动钻机18制造通路12时的活塞下部2。通路12在这里几乎完成，因为凸缘13已经完全构成。

图4示出在实施材料锁合的接合方法、特别是摩擦焊接方法之后按照图2A(活塞上部3)和2B(活塞下部2)的活塞1。在接缝16、17上构成焊缝。

图5示出在流动钻机18作用到冷却通道壁6上期间由活塞下部2和活塞上部3接合的活塞1。所述流动钻孔方法可以在接合之前(参见图3A和3B)或在接合之后(参见图5)在活塞下部2上应用。在从螺栓孔4的方向对冷却通道壁进行接合或加工之后，在冷却通道壁6的面对螺栓孔的那侧上产生凸缘13(参见图3A和5)。通过对螺纹14之后成形(参见图5和6)或从螺栓孔4的方向将螺纹14成形到通路12中(参见图3A和6)，在冷却通道5内部产生凸缘不是必需的，通过使用管形元件15、115，可以自由地调节冷却通道5中的冷却剂的水平。凸缘13发挥其延长螺纹的作用并且因此也发挥其加强连接的作用，不管该凸缘设置在冷却通道壁6的面对螺栓孔4的那侧上还是设置在冷却通道壁6的背离螺栓孔4的那侧上。因此，通过流动钻孔和后续的成形螺纹对冷却通道壁6的加工也可以在活塞下部10和活塞上部11上进行。备选地，流动钻孔和成形螺纹的组合可以在一件式地锻造的或浇注的活塞上实施。

图6示意性示出通过成形螺纹方法在通路12中构建螺纹14。用于产生螺纹14的螺纹成形机19作用到冷却通道壁6中的之前通过流动钻孔产生的通路12上。

图1A、1B、3A、5、6和7示出两个通路12或两个螺纹14的平行构建，但要指出的是，也可以构建仅一个通路12或螺纹14，如在图3B中描述的那样。多于两个具有螺纹14的通路12也可以构造在活塞1上、例如构造在冷却通道5的冷却通道壁6上。在这里未示出的中央的冷却空间也可以设有至少一个通路和至少一个螺纹。

图7示出在制造具有螺纹14的通路12之后的活塞1。

在图8A至8G中示意性示出的流动钻孔过程具有以下步骤。

在图8A中示出的第一步骤包含将流动钻机18的尖端安放到冷却通道壁6上。

图8B和8C示出预热。为此，流动钻机18以高的轴向力和转速压到冷却通道壁6上，由此，产生必需的摩擦热并且加热所述冷却通道壁的材料。流动钻机18现在可以压入到材料中并且成形出通路12。

第三步骤在图8D至8F中示出并且包括成形。流动钻机18将冷却通道壁6的材料最初逆着进给方向向上挤出。随着压入深度越来越大，于是沿进给方向产生通路12。在向上和向下流动的材料之间的比例为大约1/3比2/3。

图8G示出第四步骤、成形。经流动成形的通路12完成。根据流动钻机18，冷却通道壁6的向上流动的材料变形成均匀的凸缘13或凸起。在工具贸易中，为此需要的流动钻机通常称为类型“Form”或“标准Standard”。备选地，冷却通道壁6的向上流动的材料直接又被去除。在工具贸易中，对于去除必需的流动钻机通常称为类型“Cut”或“Flach”。如果凸缘13几乎去除或被去除，则仍可以有利地将管形元件15、115设置在构造在通路12中的螺纹14中。也可以将两个管形元件15、115引入到螺纹14中，其中，优选所述元件在螺距之内彼此重叠地邻接。

凸缘13的构成根据工具类型进行，例如作为以密封圈形式的边缘或作为平的表面。图9A至9H示出具有通过不同工具类型产生的凸缘13的通路12的构造方案。

图9示意性示出通过成形螺纹制造螺纹14。在成形螺纹时的流程如下示出。

通过成形螺纹制造螺纹14称为车螺纹，在这里螺纹成形机19将通路12的材料挤压到螺纹侧面中并且通过非切削的冷成形引起内部组织压实。由此，达到螺纹14的非常高的强度以及精确的螺纹引导。因此，通过材料在螺距中的不间断延伸和成形螺纹的冷轧而产生可高负荷的连接。由于精确的螺纹引导不存在切坏的危险。

附图标记列表

1 活塞

2 活塞下部

3 活塞上部

4 螺栓孔

5 冷却通道

6 冷却通道壁

7 环区

8 燃烧室凹腔

9 活塞冲程轴线

10 入口

11 出口

12 通路

13 凸缘

14 螺纹

15 直的管形元件

115 漏斗形的管形元件

16 外部的接缝

17 内部的接缝

18 流动钻机

19 螺纹成形机

X 冷却通道壁和管形元件的开口之间的距离

Y 凸缘和管形元件的开口之间的距离

Claims (14)

1.活塞(1)、特别是用于内燃机的活塞，所述活塞具有活塞下部(2)和活塞上部(3)、处于内部的优选环形的冷却通道(5)和设置在所述活塞下部(2)上的至少一个入口(10)和设置在所述活塞下部(2)上的至少一个出口(11)，通过所述入口和所述出口，冷却剂流入到所述冷却通道(5)中或从所述冷却通道流出，其中，所述至少一个入口(10)和/或所述至少一个出口(11)由通路(12)构成并且该通路与所述活塞下部(2)构造成一件式的，其特征在于，至少一个通路(12)具有螺纹(14)，至少一个管形元件(15、115)嵌入到所述螺纹中。

2.按照权利要求1所述的活塞(1)，其特征在于，所述至少一个通路(12)平坦地利用冷却通道壁(6)的表面封闭。

3.按照权利要求1所述的活塞(1)，其特征在于，所述至少一个通路(12)具有至少一个凸缘(13)。

4.按照权利要求3所述的活塞(1)，其特征在于，所述至少一个凸缘(13)构造在所述冷却通道壁(6)的面对所述螺栓孔(4)的那侧上。

5.按照权利要求3所述的活塞(1)，其特征在于，所述至少一个凸缘(13)构造在所述冷却通道壁(6)的背离所述螺栓孔(4)的那侧上并且因此伸入到所述冷却通道(5)中。

6.按照上述权利要求中任一项所述的活塞(1)，其特征在于，所述至少一个管形元件(15、115)与所述至少一个通路(12)齐平地封闭或者与所述至少一个通路(12)的凸缘(13)齐平地封闭。

7.按照权利要求5所述的活塞(1)，其特征在于，所述至少一个管形元件(15、115)超过所述至少一个通路(12)和/或所述至少一个通路(12)的凸缘(13)伸入到冷却通道(5)中。

8.按照上述权利要求中任一项所述的活塞(1)，其特征在于，所述至少一个管形元件(15)沿与所述冷却通道(5)相反的方向突出于所述螺纹(14)。

9.按照权利要求8所述的活塞(1)，其特征在于，所述至少一个管形元件(115)的远离所述冷却通道(5)的端部是漏斗形的。

10.用于调校活塞(1)、特别是用于内燃机的活塞的冷却通道(5)中的冷却剂水平的方法，所述活塞具有所述冷却通道(5)中的由至少一个通路(12)构成的至少一个入口(10)和/或出口(11)，其特征在于，所述冷却通道(5)中的冷却剂水平通过可调校的管形元件(15、115)来调节。

11.按照权利要求10所述的方法，其特征在于，通过流动钻孔构建用于构成所述至少一个入口(10)和/或出口(11)的通路(12)。

12.按照权利要求10或11所述的方法，其特征在于，在构成所述至少一个入口(10)和/或出口(11)的所述通路(12)中通过切削螺纹产生螺纹(14)。

13.按照权利要求10或11所述的方法，其特征在于，在构成所述至少一个入口(10)和/或出口(11)的所述通路(12)中通过成形螺纹产生螺纹(14)。

14.按照权利要求10所述的方法，其特征在于，所述冷却剂水平的调校通过所述管形元件(15、115)向处于所述冷却通道(5)中的螺纹(14)中的拧入长度进行。