DE102011002652A1 - Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor und Kolben für einen Verbrennungsmotor - Google Patents
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Abstract
Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor mit zumindest einem Kühlkanal (14) wird eine an der Mantelfläche eines Kolbenrohlings offene Nut für den Kühlkanal (14) ausgebildet, mit einem einstückigen, durchgehenden Ring zumindest teilweise abgedeckt und mit Verstärkungsmaterial (16) gefüllt. Ein Kolben für einen Verbrennungsmotor weist zumindest einen Kühlkanal (14) auf, der radial außen durch zumindest einen einstückigen und durchgehenden Ring begrenzt ist, auf den Verstärkungsmaterial (16) aufgebracht ist.
Description
- Technisches Gebiet
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor und einen Kolben für einen Verbrennungsmotor.
- Bei Motorkolben ist der Bereich des Feuerstegs und der obersten Ringnut besonderen Belastungen ausgesetzt. Dem wird durch eine Ringnutarmierung Rechnung getragen. Gleichzeitig ist hierbei häufig ein ringförmiger Kühlkanal zu berücksichtigen, der sich in diesem Bereich befindet.
- Stand der Technik
- Aus der
DE 198 07 176 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem beim Gießen des Kolbens eine radial offene Nut ausgebildet wird, die nachfolgend teilweise durch einen innenspannenden Abdeckring abgedeckt wird und mit Verstärkungsmaterial gefüllt wird. In der Praxis zeigt sich jedoch, dass insbesondere der Stoß des zunächst ”offen” ausgebildeten Ringes eine Schwachstelle ist, und es deshalb und infolge von Verformungen des Ringes zum Eindringen von Material in den Kühlkanal kommt. - Darstellung der Erfindung
- Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor mit einem Kühlkanal, einer Abdeckung und einer Armierung zu schaffen. Ferner soll ein entsprechender Kolben vorgeschlagen werden.
- Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt zum einen durch das im Patentanspruch 1 beschriebene Verfahren.
- Demzufolge wird zunächst eine radiale, d. h. an der Mantelfläche offene Nut ausgebildet, die zum einen den Kühlkanal bildet. Zum anderen wird sie nachfolgend mit einer neuartigen Abdeckung versehen und mit Verstärkungsmaterial gefüllt. Erfindungsgemäß erfolgt die Abdeckung vollumfänglich, an einer geeigneten Stelle entlang der Tiefe der Nut und durch einen einstückigen und durchgehenden Ring. Mit anderen Worten weist der Ring keine Öffnung auf, die nachfolgend, gegebenenfalls durch Überlappung, eine Stoßstelle bildet. Für den Ring kann beispielsweise ein Stück dünnes Rohr verwendet werden. Mit Hilfe der nachfolgend im Detail beschriebenen Maßnahmen ist die Anbringung des Ringes an der zutreffenden Stelle auch bei der durchgehenden Gestalt des Ringes möglich. Gleichzeitig kann durch die Vermeidung der genannten Schwachstelle das Eindringen von Verstärkungsmaterial, das bevorzugt durch thermisches Spritzen aufgebracht wird, und/oder von Zerstäubergas verhindert werden. Der Ring wird bevorzugt nach dem Anbringen beispielsweise mechanisch, durch eine elektromagnetische Pulstechnologie oder in sonstiger geeigneter Weise derart radial nach innen verformt, dass er eine V- oder U-förmige Gestalt annimmt und mit seinen Schenkeln weitgehend flächig an der entsprechend ausgebildeten Nut anliegt. Auch hierdurch kann eine besonders gute Abdeckung und Abdichtung des späteren Kühlkanals erreicht werden.
- Bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
- Für die zuverlässige Abdeckung und Abdichtung des Kühlkanals hat sich eine formschlüssige Anbringung des Ringes in der Nut als vorteilhaft herausgestellt.
- Sowohl die Anbringung des Ringes als auch die Funktion der zuverlässigen Abdeckung des radial innen dahinterliegenden Kühlkanals kann in vorteilhafter Weise gewährleistet werden, wenn der Ring im Rahmen des Herstellungsverfahrens des Kolbens zumindest bereichsweise radial nach innen verformt wird.
- Hierfür ist insbesondere ein EMP-Verfahren vorteilhaft. Bei diesem Verfahren sind für den zu verformenden Ring sämtliche elektrisch leitfähigen Metalle verwendbar. Bei einem EMP-Verfahren wird im Wesentlichen ein elektromagnetischer Puls, mit anderen Worten ein einmaliger, kurzzeitiger, hochenergetischer, breitbandiger, elektromagnetischer Ausgleichsvorgang erzeugt. Wie sich beispielsweise auf www.pstproducts.com nachlesen lässt, können hierdurch verschiedenste Materialien verformt werden. Dies ergibt sich beispielsweise auch aus dem am 10. Januar 2011 auf der genannten Website erhältlichen Artikel "Die Elektromagnetische Puls Technologie im industriellen Einsatz" von Dr. Ralph Schäfer und Dr. Pablo Pasquale, dessen Inhalt ebenso wie die genannte Website im Hinblick auf das genannte Verfahren zum Gegenstand der Anmeldung gemacht wird. Im Rahmen der Erfindung hat sich die Anwendung eines derartigen EMP-Verfahrens als besonders vorteilhaft erwiesen.
- Für die Anbringung des Ringes an den Kolbenrohling wird derzeit bevorzugt, dass die Nut an der zu dem Kolbenboden gerichteten Seite eine geringere Tiefe aufweist als an der von dem Kolbenboden abgewandten Seite. Mit anderen Worten ist der Durchmesser des Kolbens im Bereich des Kolbenbodens etwas geringer als unterhalb der Nut. Hierdurch lässt sich der beschriebene Ring von der Seite des Kolbenbodens her an der Nut anordnen und kann nachfolgend zumindest bereichsweise derart radial nach innen verformt werden, dass er den Kühlkanal vollumfänglich abdeckt und an den Flanken einer sich beispielsweise radial nach innen verjüngenden Nut formschlüssig und damit zuverlässig anliegt.
- Für das Verstärkungsmaterial wird bevorzugt, dieses durch thermisches Spritzen aufzubringen. Während bislang die Gefahr bestand, dass hierdurch ein Eindringen von Material und/oder Zerstäubergas in den Kühlkanal nicht ausgeschlossen werden konnte, bietet der erfindungsgemäß vorgesehene Ring diesbezüglich erhebliche Vorteile.
- Die Lösung der oben genannten Aufgabe erfolgt ferner durch den im Anspruch 7 beschriebenen Kolben, der einen Kühlkanal aufweist, der radial außen durch einen einstückigen, durchgehenden Ring begrenzt ist, auf den Verstärkungsmaterial aufgebracht ist.
- Für den Ring lässt sich an dem fertigen Kolben in vorteilhafter Weise feststellen, dass er infolge der oben genannten Verfahrensschritte einen U- oder V-förmigen Querschnitt aufweist und zur (radialen) Außenseite des Kolbens geöffnet ist. Im Übrigen sind auf den erfindungsgemäßen Kolben sämtliche der oben genannten bevorzugten Verfahrensmerkmale anwendbar und umgekehrt.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
- Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer beispielhaft in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsform näher erläutert. Es zeigen:
-
1 einen Abschnitt eines Kolbenrohlings mit einem daran angebrachten Ring in einem ersten Stadium; -
2 einen Abschnitt eines Kolbenrohlings mit einem daran angebrachten Ring in einem zweiten Stadium; und -
3 einen Abschnitt eines Kolbenrohlings mit einem daran angebrachten Ring in einem dritten Stadium. - Ausführliche Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
- In
1 ist ein oberer und radial äußerer Bereich eines Kolbenrohlings10 zu erkennen, in den bereits eine Nut12 zur Ausbildung eines Kühlkanals14 (vgl.2 ) und einer Ringnutarmierung16 (vgl.3 ) eingearbeitet ist. Bei dem gezeigten Beispiel weist die Nut12 ausgehend vom Nutboden18 zunächst eine im Wesentlichen gleichbleibende Breite auf und erweitert sich dann radial nach außenhin im Wesentlichen V-förmig. Die Nut weist in einem von dem Kolbenboden (in1 oben) abgewandten Bereich eine größere Tiefe auf als zu dem Kolbenboden hin. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise das Anordnen eines einstückigen und durchgehenden Ringes20 von der Seite des Kolbenbodens her. Der Ring20 ist somit zunächst wie in1 angeordnet. - In
2 ist ein nächstes Stadium im Rahmen der Herstellung gezeigt, in dem der Ring20 zumindest bereichsweise, insbesondere in seinem axial mittleren Bereich, radial nach innen, d. h. in Richtung des späteren Kühlkanals14 verformt wurde, um den Kühlkanal14 abzudecken. Die Verformung kann beispielsweise durch ein EMP-Verfahren erfolgen. In den axial äußeren Bereichen des Ringes liegt dieser nachfolgend formschlüssig an den sich V-förmig erweiternden Nutflanken an. - Wie in
3 gezeigt ist, kann hierdurch beim nachfolgenden Aufbringen, beispielsweise durch thermisches Spritzen von Verstärkungsmaterial16 , eine zuverlässige Abdeckung des Kühlkanals14 gewährleistet werden. Nachdem das Verstärkungsmaterial16 aufgebracht ist, das die Ringnutarmierung bildet, können weitere Verfahrensschritte, wie z. B. die Ausbildung einer oder mehrerer Ringnuten, und das Abdrehen der Verbreiterung des Kolbenrohlings unterhalb des Verstärkungsmaterials16 erfolgen. - 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
-
- DE 19807176 A1 [0003]
- Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- www.pstproducts.com [0010]
- ”Die Elektromagnetische Puls Technologie im industriellen Einsatz” von Dr. Ralph Schäfer und Dr. Pablo Pasquale [0010]
Claims (8)
- Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor mit zumindest einem Kühlkanal (
14 ), bei dem eine an der Mantelfläche eines Kolbenrohlings (10 ) offene Nut (12 ) für den Kühlkanal (14 ) ausgebildet wird, mit einem einstückigen, durchgehenden Ring (12 ) zumindest teilweise abgedeckt wird und mit Verstärkungsmaterial (16 ) gefüllt wird. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (
20 ) formschlüssig in der Nut (12 ) angebracht wird. - Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (
20 ) zumindest bereichsweise radial nach innen verformt wird. - Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring durch ein EMP-Verfahren verformt wird.
- Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (
12 ) an einer zu dem Kolbenboden gerichteten Seite eine geringere Tiefe aufweist als auf einer von dem Kolbenboden abgewandten Seite. - Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsmaterial durch thermisches Spritzen eingebracht wird.
- Kolben für einen Verbrennungsmotor mit zumindest einem Kühlkanal (
14 ), der radial außen durch zumindest einen einstückigen und durchgehenden Ring (20 ) begrenzt ist, auf den Verstärkungsmaterial (16 ) aufgebracht ist. - Kolben nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (
20 ) im Querschnitt U- oder V-förmig und radial nach außen geöffnet ist.
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R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |
Effective date: 20140306 |
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