DE10132446A1

DE10132446A1 - Kolben, bestehend aus zusammengeschweißtem Ober- und Unterteil

Info

Publication number: DE10132446A1
Application number: DE2001132446
Authority: DE
Inventors: Arno Kolb; Markus Netz
Original assignee: KS Kolbenschmidt GmbH
Current assignee: KS Kolbenschmidt GmbH
Priority date: 2001-07-04
Filing date: 2001-07-04
Publication date: 2003-01-30

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kolben (1), bei dem das Kolbenoberteil (2) und das Kolbenunterteil (3) mittels einer Schweißverbindung zusammengefügt werden. Dadurch ergibt sich eine hohe Stabilität sowie eine geringe Bauhöhe des Kolbens (1).

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolben, insbesondere einen Kolben für eine Brennkraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Aus der DE 44 46 726 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines einteiligen Kühlkanalkolbens sowie ein entsprechender Kühlkanalkolben bekannt, bei dem ein Kolbenrohling im Schmiedeverfahren hergestellt und eine ringförmige Ausnehmung zwischen einem Kolbenboden und dem angehängten Kolbenschaft durch spanabhebende Bearbeitung in Richtung Kolbenmitte eingebracht wird. Anschließend erfolgt die Einbringung eines nach unten offenen Kühlkanales im Kolbenboden ebenfalls durch spanabhebende Bearbeitung aus Richtung des Kolbenschaftes in Richtung des Kolbenbodens. Danach werden die Nabenbohrungen angebracht und die Außenkontur des Kolbens fertig bearbeitet. Nach diesen Schritten wird noch der nach unten offene Kühlkanal durch einen Abdeckring verschlossen, damit das in dem Kühlkanal zirkulierende Kühlmedium (insbesondere Motoröl) in diesem verbleibt, um den Kolbenboden bzw. dessen Ringfeld zu kühlen.

Bei diesem Verfahren zur Herstellung des Kühlkanalkolbens und bei dem Kühlkanalkolben selber ist es erforderlich, daß die axiale Höhe der ringförmigen Ausnehmung mindestens der axialen Höhe des Kühlkanales entspricht, um mit dem Bearbeitungswerkzeug den Kühlkanal erreichen zu können. Aufgrund dieses Freiraumes zwischen dem Kolbenschaft und dem Kolbenboden in Form der eingebrachten Ausnehmung kommt es im Betrieb des Kühlkanalkolbens zu einer ungewünschten Instabilität, woraus resultiert, daß die Führung des Kühlkanalkolbens innerhalb des Zylinders nicht ausreichend ist. Der Kühlkanal weist eine relativ geringe Bauhöhe auf.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kolben, insbesondere einen Kolben für eine Brennkraftmaschine, anzugeben, der die erforderliche Stabilität sowie eine geringe Bauhöhe aufweist.

Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß der Kolbenboden als Oberteil und der Kolbenschaft als Unterteil im Schmiedeverfahren hergestellt und beide Teile mittels einer Schweißverbindung zu einem einteiligen Kolbengrundkörper zusammengefügt werden. Daher besteht die Möglichkeit, den Kolbenboden als Rohling im Schmiedeverfahren herzustellen und durch weitere Bearbeitungsschritte weitere Ausgestaltungen des Kolbenbodens, wie beispielsweise die Einbringung einer vorbearbeiteten Brennraummulde, eines nach unten offenen Kühlkanales und dergleichen vorzusehen. Gleiches gilt für das Unterteil, welches durch Schmieden beispielsweise in eine zylindrische Form oder in eine Kastenform gebracht werden kann. Durch die Trennung von Oberteil und Unterteil ist es möglich Teilbereiche zu bearbeiten, die nach dem Fügen bzw. Schweißen nicht mehr oder nur sehr schwer zugänglich sind.

Nach dieser Vorbearbeitung der beiden Teile erfolgt eine Bearbeitung der Fügestellen, d. h., der Stellen, an denen das Oberteil mit dem Unterteil verschweißt werden soll. Nach der entsprechenden Vorbereitung der Fügestellen erfolgt das Zusammenfügen mittels einer Schweißverbindung, wobei beispielsweise Elektronenstrahlschweißen oder Laserschweißen oder weitere Schweißverfahren in Frage kommen. Nach dem Zusammenfügen der beiden Teile (Oberteil und Unterteil) steht ein einteiliger Kolbengrundkörper zur Verfügung, der entweder ein einteiliger Kolben, insbesondere ein einteiliger Stahlkolben, ist oder der Bestandteil eines mehrteiligen Kolbens, insbesondere eines Pendelschaftkolbens, sein kann.

Durch die Aufteilung von Kolbenboden und Kolbenschaft in ein Oberteil und ein Unterteil ist der Vorteil gegeben, daß diese beiden Teile vor dem Zusammenfügen bearbeitet werden können, insbesondere daß der nach unten offene Kühlkanal eingebracht werden kann, so daß kein Raum (Ausnehmung) mehr erforderlich ist, um den Kühlkanal durch einen seitlichen Einstich einzubringen. Das Ergebnis ist eine deutlich gesteigerte Stabilität des Kolbens, woraus bei gleichem oder niedrigerem Gewicht gegenüber bekannten Kolben höhere thermische und mechanische Belastbarkeiten realisierbar sind. Ein weiterer Vorteil der geringen Bauhöhe liegt darin, daß die Brennkraftmaschine, in der der Kolben betrieben wird, ebenfalls flacher bauen kann.

In Weiterbildung der Erfindung weist das Ringfeld in seinem unteren Bereich eine Aufnahme für eine Abdeckung des Kühlkanales auf, wobei die Abdeckung zumindest an dieser Aufnahme umlaufend angeschweißt wird. Einerseits kann der Kühlkanal im Betrieb des Kolbens unten offen bleiben, wobei in diesen Bereich ein Kühlmedium (insbesondere Motoröl) eingespritzt wird, um das Kolbenoberteil zu kühlen. Eine weitaus bessere Kühlwirkung läßt sich erzielen, wenn der Kühlkanal nach unten verschlossen ist und beispielsweise eine Zulauföffnung und eine Ablauföffnung für das Kühlmedium vorgesehen sind, über die das Kühlmedium in den Kühlkanal eingespritzt wird, in diesem zirkuliert und den Kühlkanal über die Ablauföffnung wieder verläßt und damit Wärme abtransportiert. Zu diesem Zweck wird der nach unten offene Kühlkanal mit einer Abdeckung versehen, die im unteren Bereich des Oberteils angeschweißt wird. Vor dem Zusammenfügen des Oberteiles und des Unterteiles wird diese Abdeckung dem unteren Bereich des Oberteils angeschweißt, wodurch der Kühlkanal verschlossen wird. Die Lage der Schweißnaht kann innen bzw. außen, sowie außen und innen jeweils an den Fügestellen erfolgen. Der Austausch des Kühlmediums erfolgt entweder über eine Zulauf- und eine Ablauföffnung oder aber auch über einen Spalt, der zwischen dem umlaufenden inneren Ende oder äußeren Ende der Abdeckung und der Außenkontur und dem Kühlraum entsteht.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Abdeckung des Kühlkanales ein- oder mehrteilig ausgebildet. Aufgrund der konstruktiven Gegebenheiten ist es besonders Vorteilhaft, daß die Abdeckung als einteiliges Abdeckblech vorgefertigt werden kann und am Oberteil angeschweißt werden kann. Denkbar ist aber auch eine mehrteilige Abdeckung, die dann an ihren Stoßstellen sowie am Oberteil angeschweißt werden muß. Das Anschweißen der Abdeckung, egal ob ein- oder mehrteilig, gestattet es, die gewünschte Kühlkanalform in das Oberteil einzubringen, ohne auf die geometrischen Gegebenheiten des Unterteiles, welches später mit dem Oberteil zusammengefügt wird, Rücksicht nehmen zu müssen.

In Weiterbildung der Erfindung weist die Abdeckung eine Abwinklung auf, die die Stabilität der Abdeckung erhöht. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn daß nur an einer Stelle geschweißt werden muß.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbens, auf das die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, ist im folgenden erläutert und anhand der Fig. 1 beschrieben.
Die Fig. 1 zeigt einen Kolben 1, der aus einem Kolbenoberteil 2 sowie einem angehängten Kolbenschaft 3 besteht. Sowohl das Kolbenoberteil 2 als auch der Kolbenschaft 3 werden als separates Oberteil (Kolbenboden) und Unterteil (Kolbenschaft) aus gleichem oder unterschiedlichem Werkstoff hergestellt. Der im Schmiedeverfahren hergestellte Rohling des Kolbenoberteils 2 wird je nach Bauart des Kolbens 1 mit einer Brennraummulde 4, mit einem Ringfeld 5 sowie mit einem nach unten offenen Kühlkanal 6 versehen. Der Kühlkanal 6 kann nach unten offen verbleiben oder mit einer Abdeckung 7 versehen werden. Ist eine Abdeckung 7 vorhanden, wird der untere Bereich des Oberteils 2 mit einer Ausnehmung versehen, die die einteilige oder mehrteilige Abdeckung 7 aufnimmt.
Genauso wie das Kolbenoberteil 2 wird auch der Kolbenschaft 3 im Schmiedeverfahren als Rohling hergestellt und mit Nabenbohrungen 8 sowie Schaft bzw. Schaftwandabschnitten zur Führung des Kolbens 1 im Zylinder der Brennkraftmaschine versehen.
Anschließend erfolgt eine Schweißverbindung 10 an entsprechenden Fügestellen 11 des Oberteiles und 12 des Unterteiles, wobei diese Fügestellen sowohl von außen als auch von dem Innenbereich des Kolbens 1 gut zugänglich sind. Nach dem Zusammenfügen (Schweißen) des Oberteiles und des Unterteiles kann noch eine Fertigbearbeitung des dadurch entstandenen Kolbengrundkörpers erfolgen, wobei nach der Fertigbearbeitung entweder ein einteiliger, fertiger Kolben zur Verfügung steht oder ein Teil eines mehrteiligen Kolbens, insbesondere eines Pendelschaftkolbens. In der Fig. 1 ist die Abwinklung der Abdeckung 7 mit der Bezugsziffer 13 versehen.

Claims

1. Kolben (1), insbesondere Kolben für eine Brennkraftmaschine, mit einem ein Ringfeld (5) sowie einen nach unten offenen Kühlkanal (6) aufweisendem Kolbenoberteil (2) und einem sich dem Kolbenoberteil (2) anschließenden Kolbenschaft (3), dadurch gekennzeichnet, daß das Kolbenoberteil (2) und der Kolbenschaft (3) als Unterteil im Schmiedeverfahren hergestellt wird und das Oberteil mit dem Unterteil mittels einer Schweißverbindung (10) zu einem einteiligen Kolbengrundkörper zusammengefügt wird.

2. Kolben (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberteil (2) eine Aufnahme für eine Abdeckung (7) des Kühlkanales (6) aufweist und die Abdeckung (7) zumindest an dieser Aufnahme umlaufend angeschweißt wird.

3. Kolben (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (7) einteilig oder mehrteilig ausgebildet ist.

4. Kolben (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (7) zumindest eine Abwinklung (13) aufweist.

5. Kolben (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der einteilige Kolbengrundkörper ein fertiger, einteiliger Kolben, insbesondere ein einteiliger Stahlkolben, ist.