DE102009040120A1 - Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumkolbens für einen Verbrennungsmotor - Google Patents
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Abstract
Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumkolbens 1 für einen Verbrennungsmotor, der als Rundschaftkolben ausgebildet ist, und dessen Kolbenschaft 5 im Bereich der radial äußeren Stirnflächen 8, 8' der Bolzennaben 6, 6' in Richtung der Kolbenachse 10 sich erstreckende Schaftrücknahmen 9, 9' aufweist. Um hierbei der Verwendung des Kolbens 1 entsprechend beliebig geformte Schaftrücknahmen 9, 9' herstellen zu können, wird zunächst im Schmiedeverfahren unter Verwendung eines Schmiedegesenks ein Kolbenrohling hergestellt, dessen Innenfläche komplementär zur Außenform des Kolbens mit den Schaftrücknahmen 9, 9' und mit den nicht zurückgenommenen Bereichen 11, 11' des Kolbenschafts 5 gestaltet ist, wonach der Kolbenrohling zur Herstellung des Aluminiumkolbens 1 fertig bearbeitet wird.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumkolbens für einen Verbrennungsmotor, der als Rundschaftkolben ausgebildet ist, mit einem Kolbenboden, mit einer Ringpartie und mit einem in kolbenbodenabgewandte Richtung sich an die Ringpartie anschließenden Kolbenschaft, der zwei einander gegenüberliegende Bolzennaben aufweist, wobei der Kolbenschaft im Bereich der radial äußeren Stirnflächen der Bolzennaben in Richtung der Kolbenachse sich erstreckende Schaftrücknahmen aufweist.
- Aus der Europäischen Patentanmeldung
EP 0 167 791 A2 ist ein Rundschaftkolben der eingangs genannten Art mit im Bereich der Bolzennaben über die gesamte axiale Länge des Kolbenschaftes sich erstreckenden Schaftrücknahmen bekannt, sodass diese Bereiche nach dem Einbau des Kolbens im Motor keinen Kontakt zur Zylinderinnenwand haben. Diese werden mittels einer Drehbank in den Kolbenschaft eingeformt, wobei der Kolben in seiner Längsrichtung exzentrisch auf der Drehbank eingespannt wird, um die Schaftrücknahmen in den Kolbenschaft eindrehen zu können. Nachteilig ist hierbei, dass mit dem aus dem Stand der Technik bekannten Drehverfahren nur Schaftrücknahmen herstellbar sind, deren Tiefe zum Rand der Schaftrücknahmen hin kontinuierlich abnimmt, sodass sie im Querschnitt eine ovale Form aufweisen. - Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbens mit Schaftrücknahmen vorzuschlagen, die beliebig geformt werden können.
- Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass der Kolben im Schmiedeverfahren unter Verwendung eines Schmiedegesenks hergestellt wird, dessen Innenfläche komplementär zur Außenform des Kolbens insbesondere zur Form des Kolbenschafts, der Schaftrücknahmen und der nicht rückgenommenen Bereichen des Kolbenschaftes gestaltet ist. Der Innenfläche des Schmiedegesenks kann hierbei jede beliebige Form gegeben werden, sodass damit auch jede beliebige Außenform des Kolbens herstellbar ist.
- Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
- Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen
-
1 einen Kolben in Seitenansicht, wobei im Bereich der Stirnflächen der Bolzennaben der Kolbenschaft zurückgenommen ist, -
2 einen Schnitt durch den Kolben entlang der Linie AA in1 und -
3A , B zwei Ausführungen der Übergänge zwischen den zurückgenommenen und den nicht zurückgenommenen Schaftbereichen. -
1 zeigt einen Kolben1 für einen Verbrennungsmotor, der als Rundschaftkolben ausgebildet ist, aus Aluminium besteht und im Schmiedeverfahren hergestellt wird. Der Kolben1 weist einen Kolbenboden2 , einen Feuersteg3 , eine Ringpartie4 und einen Kolbenschaft5 mit Bolzennaben6 ,6' und Bolzenbohrungen7 ,7' auf. - Im Bereich der Stirnflächen
8 ,8' der Bolzennaben6 ,6' weist der Kolbenschaft5 Schaftrücknahmen9 ,9' auf, das heißt, dass der Kolbenschaft5 in diesen Bereichen in radialer Richtung um 0,5 mm bis 2 mm zurückgenommen ist, und dass diese Bereiche9 ,9' von der Kolbenachse10 somit einen um 0,5 mm bis 2 mm geringeren Abstand haben als die nicht zurückgenommenen Bereiche11 ,11' des Kolbenschafts5 . - Hierbei können die Übergangsbereiche
12 ,12' zwischen den Schaftrücknahmen9 ,9' und den nicht zurückgenommenen Bereichen11 ,11' des Kolbenschafts5 wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß1 parallel zueinander liegen oder (in1 nicht dargestellt) in Richtung Kolbenboden2 beziehungsweise in Richtung des unteren, kolbenbodenabgewandten Endes15 des Kolbenschaftes5 konisch aufeinander zulaufen. Weiterhin können die Schaftrücknahmen9 ,9' wie die Mantelflächen eines Kreiszylinders geformt sein. Sie können aber auch im Querschnitt senkrecht zur Kolbenachse10 betrachtet eine ovale Form haben, wobei die Achse13 der Bolzenbohrung7 (2 ) die kleine Achse der Ovalität ist. - Die axiale Höhe
14 der Schaftrücknahme9 ,9' reicht im vorliegenden Ausführungsbeispiel über die gesamte axiale Länge des Kolbenschaftes5 , das heißt, von der Ringpartie4 bis zum kolbenbodenabgewandten, unteren Ende15 des Kolbenschaftes5 . Die Höhe14 der Schaftrücknahme9 ,9' ist hierbei aber frei wählbar. - In
2 , einem Schnitt durch den Kolben1 entlang der Linie AA in1 , ist dargestellt, dass die umfangsmäßige Ausdehnung der Schaftrücknahmen9 ,9' und der nicht zurückgenommenen Bereiche11 ,11' des Kolbenschaftes5 anhand des Winkels α zwischen einer senkrecht auf der Achse13 der Bolzenbohrung7 und zudem senkrecht auf der Kolbenachse10 stehenden Geraden16 und einer die Kolbenachse10 mit dem Übergangsbereich12' verbindenden Geraden17 definierbar ist. Der Winkel α hat im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Wert von 32°. Er kann aber zwischen 5° und 85° betragen. -
3 zeigt zwei Ausführungsformen A und B der Übergangsbereiche12a und12b zwischen den Schaftrücknahmen9 und den nicht zurückgenommenen Bereichen11 des Kolbenschafts5 . Der Übergangsbereich12a gemäß3A weist gegenüber den Bereichen9 und11 je eine über die gesamte Höhe14 der Schaftrücknahme9 reichende Kante18 und19 auf. Der Übergangsbereich12b gemäß3B verbindet stetig und kantenfrei die beiden Bereiche9 und11 . - Über den Winkel β, β' zwischen Geraden
20 ,21 , die die Ränder der Bereiche11 und9 mit der (in3 nicht dargestellten) Kolbenachse10 verbinden und senkrecht auf der Kolbenachse10 stehen, ist die umfangsmäßige Ausdehnung der Übergangsbereiche12a und12b definierbar. Dieser Winkel β, β' kann zwischen 5° und 20° betragen. - Die Ausformung der Schaftrücknahmen
9 ,9' erfolgt im Rahmen der schmiedetechnischen Herstellung des Kolben1 unter Verwendung eines komplementär zum Kolbenschaft5 gestalteten Schmiedegesenks. Hiermit wird zunächst ein Kolbenrohling1 mit den Schaftrücknahmen9 und9' und den nicht zurückgenommenen Bereichen11 ,11' des Kolbenschaftes5 hergestellt. - Die Herstellung eines Kolbenrohlings im Schmiedeverfahren ist aus dem Stand der Technik (beispielsweise aus der
DE 10 2005 041 000 ) bekannt und wird nicht näher erläutert. Hier sei nur angemerkt, dass bei einer aus einem Dorn und einem Schmiedegesenk bestehenden Schmiedevorrichtung der Dorn der Ausformung des Kolbeninnenraumes und das Schmiedegesenk der Formung der Kolbenaußenfläche dienen. Hierbei weist das Schmiedegesenk eine zur Form der Kolbenaußenfläche gemäß2 komplementäre Form auf, wobei das Schmiedegesenk aber keine den Nuten der Ringpartie4 und den Bolzenbohrungen7 ,7' entsprechenden Anformungen aufweist. - Beim Schmieden des Kolbenrohlings werden somit die nicht zurückgenommenen Bereiche
11 ,11' des Kolbenschafts5 und die Schaftrücknahmen9 ,9' ausgebildet. Der Vorteil des erfindungsgemäßen Schmiedeverfahrens zur Herstellung eines Kolbenrohlings besteht darin, dass hiermit beliebige Formen des Schaftrücknahmen9 ,9' und der Übergangsbereiche12 ,12' auf einfache Weise herstellbar sind. So können hierdurch Schaftrücknahmen mit im Querschnitt kreisrunder Form aber auch mit im Querschnitt ovaler Form hergestellt werden. Weiterhin können die Übergangsbereiche12a , beziehungsweise12b zwischen den Schaftrücknahmen9 ,9' und den nicht rückgenommenen Bereichen11 ,11' des Kolbenschaftes5 so gestaltet werden, dass sie parallel zur Kolbenachse10 liegen oder entweder in Richtung Kolbenboden2 oder in Richtung des unteren Endes15 des Kolbenschaftes5 konisch aufeinander zulaufen. - Im Anschluss an den Schmiedevorgang werden mittels einer Bohrmaschine die Bolzenbohrungen
7 ,7' und mit Hilfe einer Drehmaschine die Nuten der Ringpartie4 hergestellt. - Hierbei hat die Verringerung der mit der Zylinderinnenfläche in Kontakt stehenden Flächen
11 ,11' des Kolbenschaftes5 mittels der Schaftrücknahmen9 ,9' den Vorteil, die Gleiteigenschaften des Kolbens zu verbessern. Zudem bietet ein Rundschaftkolben mit Schaftrücknahmen gegenüber einem Kastenkolben mit gegenüber der Ringpartie zurückgesetzten Stirnflächen der Bolzennaben in Richtung der Bolzenachse13 längere Bolzenbohrungen7 ,7' und damit eine größere Auflagefläche für den Kolbenbolzen, sodass Rundschaftkolben mit größeren Verbrennungsdrücken belastbar sind. - Weiterhin hat das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, dass die Schaftrücknahmen beliebig geformt werden können. In Richtung der Kolbenachse gesehen können die Übergangsbereiche zwischen den Schaftrücknahmen und den nicht zurückgenommenen Bereiche des Kolbenschaftes jede beliebige Form haben und beispielsweise wellenförmig ausgebildet sein.
- Bezugszeichenliste
-
- α, β, β'
- Winkel
- 1
- Kolben
- 2
- Kolbenboden
- 3
- Feuersteg
- 4
- Ringpartie
- 5
- Kolbenschaft
- 6, 6'
- Bolzennabe
- 7, 7'
- Bolzenbohrung
- 8, 8'
- Stirnfläche der Bolzennabe
6 ,6' - 9, 9'
- Schaftrücknahme
- 10
- Kolbenachse
- 11, 11'
- nicht rückgenommener Bereich des Kolbenschaftes
5 - 12, 12'
- Übergangsbereich zwischen der Schaftrücknahme
9 und dem Bereich11 - 12a, 12b
- Übergangsbereich zwischen der Schaftrücknahme
9 und dem Bereich11 - 13
- Achse der Bolzenbohrung
7 - 14
- Höhe der Schaftrücknahme
9 - 15
- unteres Ende des Kolbenschaftes
5 - 16
- Verbindungsgerade
- 17
- Verbindungsgerade
- 18, 19
- Kante zwischen dem Übergangsbereich
12a und der Schaftrücknahme9 beziehungsweise dem nicht zurückgenommenen Bereich11 des Kolbenschaftes5 - 20, 21
- Gerade
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- EP 0167791 A2 [0002]
- DE 102005041000 [0018]
Claims (7)
- Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumkolben (
1 ) für einen Verbrennungsmotor, der als Rundschaftkolben ausgebildet ist, mit einem Kolbenboden (2 ), mit einer Ringpartie (4 ), und mit einem in kolbenbodenabgewandte Richtung sich an die Ringpartie (4 ) anschließenden Kolbenschaft (5 ), der zwei einander gegenüberliegende Bolzennaben (6 ,6' ) aufweist, wobei der Kolbenschaft (5 ) im Bereich der radial äußeren Stirnflächen (8 ,8' ) der Bolzennaben (6 ,6' ) in Richtung der Kolbenachse (10 ) sich erstreckende Schaftrücknahmen (9 ,9' ) aufweist, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – Herstellen eines Kolbenrohlings im Schmiedeverfahren unter Verwendung eines Dorns zur Ausformung des Kolbeninnenraumes und eines Schmiedegesenks zur Ausformung der Außenform des Kolbens (1 ), wobei in die Innenfläche des Schmiedegesenks die komplementäre Außenform des Kolbenschafts (5 ) mit den Schaftrücknahmen (9 ,9' ) und mit den nicht zurückgenommenen Bereichen (11 ,11' ) des Kolbenschafts (5 ) eingeformt ist, – Endbearbeitung des Kolbenrohlings zur Herstellung des Kolbens (1 ) mit Hilfe einer Bohrmaschine zur Herstellung der Bolzenbohrungen (7 ,7' ) und mit Hilfe einer Drehmaschine zur Herstellung der Nuten der Ringpartie (4 ). - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaftrücknahmen (
9 ,9' ) mit einer Tiefe zwischen 0,5 mm und 2 mm hergestellt werden. - Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Schaftrücknahmen (
9 ,9' ) und den nicht zurückgenommenen Bereichen (11 ,11' ) des Kolbenschafts (5 ) Übergangsbereiche (12a ) geformt werden, die gegenüber den Schaftrücknahmen (9 ,9' ) und gegenüber den nicht zurückgenommenen Bereichen (11 ,11' ) jeweils eine über die gesamte Höhe (14 ) der Schaftrücknahme (9 ,9' ) reichende Kante (18 ,19 ) und zwischen den Kanten (18 ,19 ) eine eben Fläche aufweisen. - Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Schaftrücknahmen (
9 ,9' ) und den nicht zurückgenommenen Bereichen (11 ,11' ) des Kolbenschafts (5 ) Übergangsbereiche (12b ) geformt werden, die die Schaftrücknahmen (9 ,9' ) stetig und kantenfrei mit den nicht zurückgenommenen Bereichen (11 ,11' ) des Kolbenschaftes (5 ) verbinden. - Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass beim Schmieden des Kolbenrohlings die Übergangsbereiche (
12a ,12b ) so gestaltet werden, dass sie parallel zur Kolbenachse (10 ) zu liegen kommen. - Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass beim Schmieden des Kolbenrohlings die Übergangsbereiche (
12a ,12b ) so gestaltet werden, dass sie in Richtung Kolbenboden (2 ) konisch aufeinander zulaufen. - Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass beim Schmieden des Kolbenrohlings die Übergangsbereiche (
12a ,12b ) so gestaltet werden, dass sie in Richtung des kolbenbodenabgewandten Endes (15 ) des Kolbenschaftes (5 ) konisch aufeinander zulaufen.
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