DE102011103883A1

DE102011103883A1 - Verfahren zur Herstellung eines Kolbens und Kolben für eine Kolbenmaschine

Info

Publication number: DE102011103883A1
Application number: DE201110103883
Authority: DE
Inventors: Tobias Korte; Matthias Schnell
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-06-10
Filing date: 2011-06-10
Publication date: 2012-12-13
Also published as: CN102814629A; ITMI20120949A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbens sowie auf einen Kolben für eine Kolbenmaschine, wobei der Kolben einen Hohlkolben aufweist, durch den sich koaxial ein Mittelzapfen erstreckt, wobei der Hohlkolben an seiner ersten axialen Stirnseite geschlossen ist und an seiner der ersten Stirnseite entgegengesetzten zweiten Stirnseite durch einen Deckel verschlossen ist,t verbunden ist. Der Mittelzapfen weist einen aus der Ebene der zweiten Stirnseite koaxial hervorstehenden Ansatz auf, auf den der Deckel mit einer entsprechenden koaxialen Bohrung bis zur Anlage an der zweiten Stirnseite des Hohlkolbens aufgesetzt und durch Relativverdrehen von Hohlkolben und Deckel mittels Reibschweißen mit Hohlkolben fest verbunden wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für eine Kolbenmaschine, wobei der Kolben einen Hohlkolben aufweist, durch den sich koaxial ein Mittelzapfen erstreckt, wobei der Hohlkolben an seiner ersten axialen Stirnseite geschlossen ist und an seiner der ersten Stirnseite entgegengesetzten zweiten Stirnseite durch einen Deckel verschlossen ist, der durch Reibschweißen mit dieser Stirnseite fest verbunden ist. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf einen Kolben für eine Kolbenmaschine, wobei der Kolben einen Hohlkolben aufweist, durch den sich koaxial ein Mittelzapfen erstreckt, wobei der Hohlkolben an seiner ersten axialen Stirnseite geschlossen ist und an seiner der ersten Stirnseite entgegengesetzten zweiten Stirnseite durch einen Deckel verschlossen ist, der durch Reibschweißen mit dieser Stirnseite fest verbunden ist.
Bei dem Zusammenbau von Hohlkolben und Deckel werden diese beiden Teile aneinandergepresst und relativ zueinander gedreht, so dass diese Teile mittels Reibschweißen miteinander verbunden werden.
Um einen genauen Zusammenbau von Hohlkolben und Deckel durch das Drehschweißen sicher zu stellen ist es bekannt, einen Stützring in den ringförmigen Raum um den Mittelzapfen einzusetzen, bevor der Deckel mit dem Hohlkolben verbunden wird.
Wenn dann während des Drehreibschweißens der Deckel gegen den Hohlkolben gepresst wird, verhindert der Stützring ein Verbiegen des Mittelzapfens, indem dieser durch den Stützring in senkrechter Ausrichtung zum Deckel gehalten wird.
Damit wird eine gute Verschweißung des Mittelzapfens mit dem Deckel sichergestellt.
Weiterhin wird sichergestellt, dass bei einem anschließenden Bohren eines koaxialen Schmiermittelkanals der Schmiermittelkanal sich auch koaxial durch den Mittelzapfen erstreckt und nicht durch die radial umlaufende Mantelfläche des Mittelzapfens in den den Mittelzapfen umschließenden Ringraum des Hohlkolbens mündet. Weiterhin soll sichergestellt werden, dass die den Schmiermittelkanal umgebende Wandstärke über die ganze Länge des Mittelzapfens eine ausreichende Dicke aufweist, die auch dem im Betrieb der Kolbenmaschine im Schmiermittelkanal herrschenden Druck standhalten.
Um den Stützring in dem Ringraum des Hohlkolbens korrekt positionieren zu können, muss der Ringraum in seinem Außendurchmesser stufig ausgebildet sein. Der Stützring wird dann bis zur Anlage an dem Übergang von der großen zur kleinen Stufe eingeschoben. Dieser Übergang bildet eine Kerbstelle, die zu einer Reduzierung der Bauteilfestigkeit des Kolbens führt und daher eine Ausbildung des Kolbens mit größerer Wandstärke und somit höherem Gewicht erfordert.
Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbens sowie einen Kolben für eine Kolbenmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, der einfach aufgebaut und mit geringem Aufwand herstellbar ist und zu einer hohen Bauteilfestigkeit des reibgeschweissten Kolbens führt.
Diese Aufgabe wird bezüglich eines Verfahrens dadurch gelöst, dass der Mittelzapfen einen aus der Ebene der zweiten Stirnseite koaxial hervorstehenden Ansatz aufweist, auf den der Deckel mit einer entsprechenden koaxialen Bohrung bis zur Anlage an der zweiten Stirnseite des Hohlkolbens aufgesetzt und durch Relativverdrehen von Hohlkolben und Deckel mittels Reibschweißen mit dem Hohlkolben fest verbunden wird.
Alternativ erfolgt die Lösung der Aufgabe durch eine Verfahren, bei dem der Deckel an seiner der zweiten Stirnseite des Hohlkolbens zugewandten Seite einen aus der Ebene dieser Seite koaxial hervorstehenden Ansatz aufweist und der Deckel bis zur Anlage an der zweiten Stirnseite des Hohlkolbens mit dem Ansatz in eine koaxiale Bohrung entsprechenden Querschnitts an der Stirnseite des Mittelzapfens eingeführt und durch Relativverdrehen von Hohlkolben und Deckel mittels Reibschweißen mit der zweiten Stirnseite des Hohlkolbens fest verbunden wird.
Durch dieses Verfahren kann auf einen Stützring sowie auf dessen Montage verzichtet werden, so dass der Bauteile- und Montageaufwand sowie das Gewicht des Kolbens reduziert wird, was zu einer Kostenreduzierung führt.
Durch das Eingreifen des Ansatzes in die koaxiale Bohrung werden beim Drehreibschweißen Deckel, Mittelzapfen und Hohlkolben koaxial zueinander gehalten, so dass der Mittelzapfen daran gehindert ist radial auszuweichen.
Wird nach dem Verbinden des Deckels mit dem Hohlkolben ein sich durch den Kolben koaxial erstreckender Schmiermittelkanal ausgebildet, so erstreckt sich dieser durch die koaxiale Ausrichtung des Mittelzapfens auch sicher koaxial durch diesen Mittelzapfen.
Wird die koaxiale Bohrung im Deckel durchgehend ausgebildet, kann sie bereits den ersten Teil des Schmiermittelkanals bilden.
Die Aufgabe wird bei einem Kolben für eine Kolbenmaschine dadurch gelöst, dass der Mittelzapfen einen aus der Ebene der zweiten Stirnseite koaxial hervorstehenden Ansatz aufweist, auf den der Deckel mit einer entsprechenden koaxialen Bohrung bis zur Anlage an der zweiten Stirnseite des Hohlkolbens aufgesetzt ist.
Eine alternative Lösung besteht darin, dass der Deckel an seiner der zweiten Stirnseite des Hohlkolbens zugewandten Seite einen aus der Ebene dieser Seite koaxial hervorstehenden Ansatz aufweist und der Deckel bis zur Anlage an der zweiten Stirnseite des Mittelzapfens mit dem Ansatz in eine koaxiale Bohrung entsprechenden Querschnitts an der zweiten Stirnseite des Hohlkolbens eingeführt ist.
Damit werden dieselben Vorteile wie bei den vorgenannten Verfahren erreicht.
Der Ansatz kann einen polygonen Querschnitt aufweisen und mit mehreren Axialkanten an der Innenwand der koaxialen Bohrung anliegen. Einfach und kostengünstig herstellbar ist es aber, wenn der Ansatz einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
Dabei kann der Ansatz einen Durchmesser aufweisen, der gleich oder kleiner dem Durchmesser des Mittelzapfens ist.
Durch den Kolben kann sich ein Schmiermittelkanal koaxial hindurch erstrecken.
Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt einen Kolben im Längsschnitt.
Der Kolben weist einen Hohlkolben 1 auf, der an seiner ersten axialen Stirnseite 2 geschlossen ist und einen Gelenkkopf 3 besitzt.
Der Hohlkolben 1 ist mit einem koaxialen Ringraum 4 ausgebildet, der an der der ersten Stirnseite 2 entgegengesetzten, zweiten Stirnseite 5 des Hohlkolbens 1 nach außen mündet.
Durch den Ringraum 4 ist ein mit der ersten geschlossenen Stirnseite 2 fest verbundener koaxialer Mittelzapfen 6 gebildet, der sich bis in die Ebene der zweiten Stirnseite 5 des Hohlkolbens 5 erstreckt. An seinem freien stirnseitigen Ende besitzt der Mittelzapfen 6 einen koaxialen Ansatz 7 kreisförmigen Querschnitts mit geringerem Durchmesser als der Mittelzapfen. Dieser Ansatz 7 ragt über die zweite Stirnseite 5 des Hohlkolbens 1 hinaus aus dem Ringraum 4.
Ein kreisscheibenförmiger Deckel 8 des Kolbens weist eine koaxiale Bohrung 9 auf, die in ihrem Durchmesser dem Durchmesser des Ansatzes 7 entspricht.
Der Deckel 8 wird mit seiner Bohrung 9 auf den Ansatz 7 aufgesetzt, bis er mit seiner einen Stirnfläche 10 an der zweiten Stirnseite 5 des Hohlkolbens 1 anliegt.
Nun erfolgt unter axialem Aneinanderdrücken ein Relativverdrehen von Hohlkolben 1 und Deckel 8.
Dadurch werden Hohlkolben 1 und Deckel 8 mittels Drehreibschweißens fest miteinander verbunden, was durch die Schweißstelle 11 symbolisiert ist.
Durch die zueinander koaxiale Führung von Hohlkolben 1, Mittelzapfen 6 und Deckel 8 aufgrund des Ineinandergreifens von Ansatz 7 und Bohrung 9 kann der Mittelzapfen 6 durch die auf ihn einwirkenden Kräfte des Drehreibschweißens nicht aus seiner koaxialen Ausrichtung ausgelenkt werden.
Anschließend wird im Kolben noch ein koaxial durchgehender Schmiermittelkanal 12 durch Bohren ausgebildet, der in der Figur aber nur teilweise dargestellt ist.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für eine Kolbenmaschine, wobei der Kolben einen Hohlkolben aufweist, durch den sich koaxial ein Mittelzapfen erstreckt, wobei der Hohlkolben an seiner ersten axialen Stirnseite geschlossen ist und an seiner der ersten Stirnseite entgegengesetzten zweiten Stirnseite durch einen Deckel verschlossen ist, der durch Reibschweißen mit dieser Stirnseite fest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelzapfen (6) einen aus der Ebene der zweiten Stirnseite (5) koaxial hervorstehenden Ansatz (7) aufweist, auf den der Deckel (8) mit einer entsprechenden koaxialen Bohrung (9) bis zur Anlage an der zweiten Stirnseite (5) des Hohlkolbens (1) aufgesetzt und durch Relativverdrehen von Hohlkolben (1) und Deckel (8) mittels Reibschweißen mit dem Hohlkolben (1) fest verbunden wird.
Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für eine Kolbenmaschine, wobei der Kolben einen Hohlkolben aufweist, durch den sich koaxial ein Mittelzapfen erstreckt, wobei der Hohlkolben an seiner ersten axialen Stirnseite geschlossen ist und an seiner der ersten Stirnseite entgegengesetzten zweiten Stirnseite durch einen Deckel verschlossen ist, der durch Reibschweißen mit dieser Stirnseite fest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel an seiner der zweiten Stirnseite des Hohlkolbens zugewandten Seite einen aus der Ebene dieser Seite koaxial hervorstehenden Ansatz aufweist und der Deckel bis zur Anlage an der zweiten Stirnseite des Hohlkolbens mit dem Ansatz in eine koaxiale Bohrung entsprechenden Querschnitts an der Stirnseite des Mittelzapfens eingeführt und durch Relativverdrehen von Hohlkolben und Deckel mittels Reibschweißen mit der zweiten Stirnseite des Hohlkolbens fest verbunden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Verbinden des Deckels (8) mit dem Hohlkolben (1) ein sich durch den Kolben koaxial erstreckender Schmiermittelkanal (12) ausgebildet wird.
Kolben für eine Kolbenmaschine, wobei der Kolben einen Hohlkolben aufweist, durch den sich koaxial ein Mittelzapfen erstreckt, wobei der Hohlkolben an seiner ersten axialen Stirnseite geschlossen ist und an seiner der ersten Stirnseite entgegengesetzten zweiten Stirnseite durch einen Deckel verschlossen ist, der durch Reibschweißen mit dieser Stirnseite fest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelzapfen (6) einen aus der Ebene der zweiten Stirnseite (5) koaxial hervorstehenden Ansatz (7) aufweist, auf den der Deckel (8) mit einer entsprechenden koaxialen Bohrung (9) bis zur Anlage an der zweiten Stirnseite (5) des Hohlkolbens (1) aufgesetzt ist.
Kolben für eine Kolbenmaschine, wobei der Kolben einen Hohlkolben aufweist, durch den sich koaxial ein Mittelzapfen erstreckt, wobei der Hohlkolben an seiner ersten axialen Stirnseite geschlossen ist und an seiner der ersten Stirnseite entgegengesetzten zweiten Stirnseite durch einen Deckel verschlossen ist, der durch Reibschweißen mit dieser Stirnseite fest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel an seiner der zweiten Stirnseite des Hohlkolbens zugewandten Seite einen aus der Ebene dieser Seite koaxial hervorstehenden Ansatz aufweist und der Deckel bis zur Anlage an der Stirnseite des Mittelzapfens mit dem Ansatz in eine koaxiale Bohrung entsprechenden Querschnitts an der zweiten Stirnseite des Hohlkolbens eingeführt ist.
Kolben nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansatz (7) einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
Kolben nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansatz (7) einen Durchmesser aufweist, der gleich oder kleiner dem Durchmesser des Mittelzapfens (6) ist.
Kolben nach einem der Ansprüche 4 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Schmiermittelkanal (12) koaxial durch den Kolben erstreckt.