DE102013100830A1 - Verfahren zum Herstellen einer für ein vorbestimmtes Medium druckdichten, hohlen Kolbenstange - Google Patents

Verfahren zum Herstellen einer für ein vorbestimmtes Medium druckdichten, hohlen Kolbenstange Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer für ein vorbestimmtes Medium (2) gas- und druckdichten, hohlen Kolbenstange (1) durch Fügen von zumindest zwei Teilkörpern (3; 4) mit jeweils wenigstens einem innenliegenden Teilkörperhohlraum (5; 6), wobei die Teilkörper (3; 4) im gefügten Zustand die hohle Kolbenstange (1) ausbilden, welche das Medium (2) in bestimmungsgemäßen Gebrauch der Kolbenstange (1) in flüssigem und/oder gasförmigen Aggregatzustand enthält, wobei die wenigstens zwei Teilkörper (3; 4) stoffschlüssig gefügt werden, wobei zumindest in einem Teilkörperhohlraum (5) das Medium (2) in flüssigem Aggregatzustand eingebracht wird und anschließend durch Wärmeentzug in einen zumindest teilweise festen Aggregatzustand überführt wird, wobei danach das stoffschlüssige Fügen durchgeführt wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer für ein vorbestimmtes Medium druckdichten, hohlen Kolbenstange, einer Kolbenstange sowie deren Verwendung.
  • Aus dem Stand der Technik sind Hohlkörper bekannt, welche beispielsweise als Wärmerohr Verwendung finden. Hierbei ist innerhalb des Hohlkörpers ein Medium vorgesehen, welches aufgrund der Bewegung des Wärmerohrs zwischen einem heißen Ende und einem kalten Ende des Wärmerohrs hin und her bewegt wird, so dass an dem heißen Ende eine Energieaufnahme erfolgt, welche dann am kalten Ende wieder abgegeben wird, wodurch sich eine Kühlung des heißen Endes bedingt.
  • So offenbart die DE 44 05 091 A1 ein Wärmerohr, welches als Kolbenstange eines Kurbelschlaufenmotors eingesetzt wird. Hierbei dient die Kolbenstange als Verbindung von Kolben und Kurbelschlaufe, wobei die Kolbenstange einteilig mit der Kurbelschlaufe verbunden ist. Innerhalb der Kolbenstange ist eine Flüssigkeit angeordnet, welche an dem wärmeren, kolbenseitigen Ende der Kolbenstange Wärmeenergie aufnimmt und in den gasförmigen Zustand überführt wird. Durch die Bewegung der Kurbelschlaufe und folglich auch der Kolbenstange wird das Gas in Richtung kühlerer Kurbelschlaufe bewegt, kühlt dort ab und kondensiert. Somit wird der Wärmeüberschuss am Kolben abgetragen. Die Verbindung zwischen Kolbenstange und Kolben erfolgt durch Verschraubung. Dies erweist sich allerdings als nachteilig, da bei Schraubverbindungen, insbesondere bei dauerhafter Bewegung der Kolbenstange, das Risiko deutlich erhöht ist, dass sich diese Schraubverbindungen zumindest teilweise lösen und folglich undicht werden. Auch der beschriebene Stopfenverschluss neigt bei dauerhafter Kraftbeaufschlagung durch Bewegung der Bauteile zu Undichtigkeiten und Flüssigkeitsverlust.
  • Ferner ist die DE 2 324 850 bekannt, welche ein Ventil für eine Hubkolbenkraftmaschine beschreibt. Hierbei wird der Ventilschaft mit dem Ventiltellerteil gasdicht verschweißt, um anschließend flüssiges Metall, bevorzugt Natrium, in den Innenhohlraum des Ventilschafts einzuführen. Nach einer aufwendigen Reinigung wird das Ventilabschlussstück einseitig in den Innenhohlraum des Ventilschafts eingesteckt und mit Elektronenstrahlschweißen unter Vakuum fixiert. Durch die Verwendung eines flüssigen Metalls erweist sich das offenbarte Verfahren als nachteilig, da unter enormen Sicherheitsvorkehrungen gearbeitet werden muss. Durch die Oxidationsanfälligkeit von Natrium in Gegenwart von Luft, insbesondere des in der Luft enthaltenen Wassers, kann das Verfahren nur im Vakuum durchgeführt werden, um die Bildung von hochreaktivem Wasserstoff zu vermeiden. Folglich ist dieses Verfahren enorm zeitaufwendig, gefährlich und bedingt zudem eine Vielzahl an Arbeitsschritten.
  • Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein vereinfachtes, ungefährliches Verfahren zur Herstellung einer für ein vorbestimmtes Medium druckdichten, hohlen Kolbenstange bereitzustellen, bei welchem das Medium während der Herstellung innerhalb der Kolbenstange verbleibt. Ferner liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde eine gas- und druckdichte, hohle Kolbenstange bereitzustellen, welcher wartungsärmer und einfach herstellbar ist.
  • Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1, den nebengeordneten Vorrichtungsanspruch 8 sowie den Verwendungsanspruches 10 gelöst.
  • Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
  • Der Kerngedanke der vorliegenden Erfindung beschreibt ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer für ein vorbestimmtes Medium gas- und druckdichten, hohlen Kolbenstange durch Fügen von zumindest zwei Teilkörpern mit jeweils wenigstens einem innenliegenden Teilkörperhohlraum, wobei die Teilkörper im gefügten Zustand die hohle Kolbenstange ausbilden, welche das Medium in bestimmungsgemäßen Gebrauch der Kolbenstange in flüssigem und/oder gasförmigem Aggregatzustand enthält, wobei die wenigstens zwei Teilkörper stoffschlüssig gefügt werden, wobei zumindest in einem Teilkörperhohlraum das Medium in flüssigem Aggregatzustand eingebracht wird und anschließend durch Wärmeentzug in einen zumindest teilweise festen Aggregatzustand überführt wird, wobei danach das stoffschlüssige Fügen durchgeführt wird.
  • Als bestimmungsgemäßer Gebrauch der Kolbenstange ist zu verstehen, dass die Kolbenstange bevorzugt als Wärmerohr ausgebildet ist. Dies ermöglicht das Verdampfen des Mediums, welches innerhalb der Kolbenstange angeordnet ist, an einem heißen Endbereich des Wärmerohrs und folglich auch eine Wärmeaufnahme. Durch die Bewegung der Kolbenstange sowie durch das entstehende Druckgefälle und dem Temperaturgradient zum kühleren Endbereich des Wärmerohrs hin, strömt das gasförmige Medium zu dem kühleren Endbereich, um dort zu kondensieren und die aufgenommene Wärmeenergie an die Umgebung abzugeben. Folglich wird durch den Verdampfungsprozess des Mediums dem heißen Endbereich des Wärmerohrs Wärme entzogen, wodurch sich dessen Temperatur verringert und dieser Endbereich gekühlt wird.
  • Bevorzugt werden zumindest zwei metallische Teilkörper in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet, um die Kolbenstange herzustellen. Die Teilkörper sind hierbei bevorzugt hohlzylindrisch ausgebildet und weisen ein offenes und ein geschlossenes Ende auf. Das stoffschlüssige Fügen wird derart durchgeführt, dass die jeweiligen offenen, freien Enden von bevorzugt zwei Teilkörpern miteinander fest verbunden werden, so dass die beiden Teilkörperhohlräume bevorzugt einen einteilig ausgebildeten, gesamten Hohlraum ausbilden. Bevorzugt umfasst dieser Hohlraum ein Volumen im Bereich von 1–100 cm3. Durch das stoffschlüssige Fügen wird sowohl ein druckdichte als auch gasdichte Kolbenstange ausgebildet. Dies ist vorteilhaft, da somit die Funktion der Kolbenstange als Wärmerohr dauerhaft sichergestellt wird und kein gasförmiges Medium während des bestimmungsgemäßen Gebrauchs aus der Kolbenstange austreten kann.
  • Die geometrische Ausdehnung der Teilkörper in ihrer Längsrichtung ist bevorzugt gleich, kann aber auch verschieden ausgebildet sein. So ist beispielsweise denkbar, dass ein Teilkörper in seiner Längsrichtung kürzer (länger) ist, als ein weiterer Teilkörper. Unter Längsrichtung ist hierbei die Richtung zu verstehen, in welcher der Teilkörper seine längste geometrische Erstreckung aufweist. In dieser Längsrichtung erstreckt sich vorliegend ebenfalls die Längsachse des Teilkörper, welche bevorzugt zeitgleich die zentral angeordnete Rotationsachse ist.
  • Erfindungsgemäß wird zunächst wenigstens ein erster Teilkörper mit flüssigem Medium im Volumenbereich von 0,1 bis 7 cm3, mehr bevorzugt im Volumenbereich von 1,5 bis 2,5 cm3 befüllt. Dies ist vorteilhaft, da sich Flüssigkeiten aufgrund ihrer geringen Viskosität leicht verarbeiten lassen und gut dosierbar in den Teilkörperhohlraum eingebracht werden können. Bevorzugt umfasst das flüssige Medium wenigstens eine gemeinsame, direkte Kontaktfläche mit dem Teilkörperhohlraum, so dass Gaseinschlüsse oder Freiräume zwischen Medium und Teilkörper verhindert werden.
  • Um während des späteren stoffschlüssig Fügens einen Austritt des Mediums zu verhindern, erfährt das flüssige Medium nach dem Befüllen des Teilkörpers durch Wärmeentzug eine Änderung des Aggregatzustands von flüssig nach zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, fest. Diese Zustandsänderung erweist sich als besonders vorteilhaft, da das stoffschlüssige Fügen eine Wärmeeinwirkung bedingt. Würde nun das Medium im flüssigen Zustand vorliegen, so würde die Wärmeeinwirkung die direkte Überführung in den gasförmigen Aggregatzustand bedeuten, das Medium würde verdampfen und während des stoffschlüssigen Fügens austreten. Dies hätte eine Volumenreduzierung des Mediums und auch eine Verschlechterung der Kühlungswirkung zur Folge.
  • Erfindungsgemäß bedingt die Zustandsänderung folglich die Stabilität des Mediumvolumens während des stoffschlüssigen Fügens. Das feste Medium wird durch die Wärmeeinwirkung während des stoffschlüssigen Fügens allenfalls teilweise in den flüssigen Aggregatzustand überführt. Ein Mediumsverlust über den gasförmigen Aggregatzustand wird somit verhindert, da dieser Aggregatzustand erst gar nicht erreicht wird.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung wird das stoffschlüssige Fügen mittels eines Schweißverfahrens, bevorzugt mittels Reibschweißen und/oder Rührreibschweißen durchgeführt. Beide Schweißverfahren sind insbesondere durch geringe Durchführungszeiten besonders für das stoffschlüssige Fügen geeignet, da die sich ausbildende Wärmeeinwirkung während des Schweißvorgangs nicht ausreicht, um das feste Medium zu verflüssigen bzw. gar in den gasförmigen Aggregatzustand zu überführen. Somit wird ein Entweichen des Mediums während des stoffschlüssigen Fügens verhindert. Unterstützt wird dies zusätzlich dadurch, dass derartige Schweißverfahren keine externe Wärmequelle benötigen. Beide bevorzugten Schweißverfahren erweisen sich zudem als vorteilhaft, da mit ihnen in kurzer Zeit stabile, gas- und druckdichte Schweißnähte erzeugt werden.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung umgreift während des Wärmeentzugs des Mediums ein gekrümmt ausgebildetes Greifelement den das Medium enthaltenden Teilkörper zumindest abschnittsweise und weist bevorzugt wenigstens eine gemeinsame Kontaktfläche mit dem Teilkörper auf. Bevorzugt ist das Greifelement aus Metall ausgebildet und umfasst eine innenliegende Kammer, welche über einen Zulauf mit einem vorbestimmbaren Kühlmittel befüllbar ist. Durch geeignete Wahl des Kühlmittels wird das Medium im Teilkörper indirekt gekühlt und zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, in den festen Aggregatzustand überführt. Das Greifelement ist meist bevorzugt U-förmig ausgebildet, allerdings nicht auf diese Form beschränkt. So ist denkbar, dass das Greifelement blockförmig, rohrförmig, rund oder auch polygonal vorgesehen wird.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird das stoffschlüssige Fügen bei Standardbedingungen, insbesondere bei Standarddruck, durchgeführt. Dies ist vorteilhaft, da auf aufwändige Vakuumgeräte oder Gerätschaften zur Erzeugung eines Überdruckes verzichtet werden kann. Unter Standarddruck ist hierbei der normale Luftdruck zu verstehen, welcher nicht künstlich, also maschinell, erhöht oder erniedrigt wurde. Bevorzugt wird die Herstellung der Kolbenstange bei einem Druck von etwa 1013 hPa durchgeführt (Standardbedingungen).
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform findet das stoffschlüssige Fügen in Luftatmosphäre, insbesondere unter Standardluftdruck statt. Dies ist vorteilhaft, da die einzelnen Schritte des vorgeschlagenen Verfahrens luftstabil sind, so dass keine aufwändigen Schutzgasatmosphären benötigt werden, um das Verfahren zur Herstellung einer für ein vorbestimmtes Medium druckdichten, hohlen Kolbenstange durchzuführen. Es besteht folglich keine Gefahr der Materialoxidation während der Herstellung der erfindungsgemäßen Kolbenstange durch Lufteinwirkung. Folglich ist das Verfahren kostengünstig und einfach umzusetzen. In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird das Medium aus der Gruppe der organischen Verbindungen und/oder der wasserhaltigen Verbindungen ausgewählt wird. Dies ist vorteilhaft, da diese chemischen Verbindungen oxidationsstabil sind, so dass die Herstellung der Kolbenstange an Luftatmosphäre durchgeführt wird. Anders hingegen verhält sich bei dem aus dem Stand der Technik bekannten flüssigen Natrium, welches in Gegenwart von Luftfeuchtigkeit oxidiert und hochreaktiven Wasserstoff bildet. Derartige Gefahrquellen entfallen bei dem vorliegenden Herstellungsverfahren. Bevorzugt werden organische und/oder wasserhaltige Verbindungen ausgewählt, welche einen Schmelzpunkt im Bereich von 0–313 K, mehr bevorzugt im Bereich von 170–290 K, aufweisen. Derartige Verbindungen sind schnell vom flüssigen Aggregatzustand in den festen Aggregatzustand zu überführen, so dass der Verfahrensschritt des Wärmeentzugs nur kurze Zeitintervalle, bevorzugt weniger als 1–10 min braucht.
  • Vorzugsweise wird das Medium aus der Gruppe Wasser und/oder Diphyl und/oder Perchlorethylen und/oder Trichlorethylen und/oder einer Kombination hieraus ausgewählt, wobei meist bevorzugt Wasser verwendet wird, da dieses ungiftig sowie leicht zu beschaffen und zu verarbeiten ist.
  • Ferner umfasst die vorliegende Erfindung eine gas- und druckdicht verschlossene Kolbenstange mit wenigstens zwei einen Hohlraum bildenden Teilkörpern, wobei der Hohlraum der Kolbenstange stoffschlüssig verschlossen ist und wobei der Hohlraum der Kolbenstange ein Medium umfasst, das bei bestimmungsgemäßen Gebrauch der Kolbenstange flüssig und/oder gasförmig ist, wobei sich die erfindungsgemäße Kolbenstange dadurch auszeichnet, dass das innen angeordnete flüssige Medium metallfrei ist und in einem Volumen von 0,1 bis 7 cm3, bevorzugt von 1,5 bis 2,5 cm3, vorgelegt ist. Dies ist vorteilhaft, da durch dieses Volumen des Mediums die bestmögliche Effizienz der Kolbenstange als Wärmerohr erzielt werden kann. Hierdurch wird ein Trockenlaufen vermieden, so dass das Medium zu jeder Zeit des bestimmungsgemäßen Gebrauchs sowohl im flüssigen als auch im gasförmigen Aggregatzustand vorliegt. Dies ist zudem vorteilhaft, da somit eine gleichmäßige Kühlung des Kolbens bedingt wird.
  • Zudem hat sich die Verwendung der Kolbenstange in einer Hubkolbenmaschine, bevorzugt in einer Brennkraftmaschine oder einem Kompressor, meist bevorzugt in einem Kurbelschlaufenmotor erwiesen. Durch die erfindungsgemäß hergestellte Kolbenstange erfolgt eine kontrollierte und schnelle Wärmeabführung vom Kolben weg. Zudem ist die erfindungsgemäß hergestellte Kolbenstange gut zum Zusammenwirken mit einer Lineardichteinheit, z.B. einer Trennwanddichtung eines Kurbelschlaufenmotors geeignet. Mit einer erfindungsgemäßen Kolbenstange gelingt es in einfacher Art und Weise am Kolben entstehende Wärme durch eine o.g. Trennwanddichtung hindurch in ein Ölbad des Kurbelgehäuses eines Kurbelschlaufenmotors zu leiten.
  • Darüber hinaus wäre auch denkbar, anstelle eines Greifelements, den das flüssige Medium enthaltende Teilkörper durch Eintauchen in flüssigen Stickstoff zu kühlen und einzufrieren.
  • Die Erfindung wird anhand von 6 Figuren beispielhaft erläutert und dargestellt.
  • Hierbei zeigen:
  • 1 eine teilweise aufgeschnittene Draufsicht eines Kurbelschlaufenmotors mit erfindungsgemäß hergestellten Kolbenstangen;
  • 2 eine Detailansicht eines Verbunds einer Kurbelschlaufe, einer erfindungsgemäß hergestellten Kolbenstange und eines Kolbens;
  • 3 die Einzelteile einer durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Kolbenstange zu Beginn des Verfahrens;
  • 4 einen schematischen Querschnitt eines mit flüssigem Medium befüllten Teilkörpers;
  • 5 einen schematischen Querschnitt eines Teilkörpers während des Wärmeentzugs; und
  • 6 einen schematischen Querschnitt von zwei Teilkörpern nach dem stoffschlüssigen Fügen.
  • 1 zeigt einen Kurbelschlaufenmotor mit zwei Arbeitszylindern, in welchen jeweils ein Kolben 14 läuft, wobei sich der untere Arbeitszylinder am oberen und der obere Arbeitszylinder am unteren Totpunkt des Kreisprozesses des Kurbelschlaufenmotors befinden. Eine erfindungsgemäß hergestellte Kolbenstange 1 verbindet jeweils einen Kolben 14 mit einer Kurbelschlaufe 13 des Kurbelschlaufenmotors.
  • Im Betrieb des Kurbelschlaufenmotors bewegen sich die Kolben 14 zusammen mit den Kolbenstangen 1 und der Kurbelschlaufe 13 in einer Linearbewegung hin und her, so dass das in der Kolbenstange 1 befindliche Medium 2 ebenfalls dieser Bewegungsrichtung folgt. in diesem bestimmungsgemäßen Gebrauch der Kolbenstange 1 wird das Medium 2, welches bevorzugt Wasser ist, zum kolbennahen, wärmeren Endbereich 8 der Kolbenstange 1 geführt, um dort unter Wärmeaufnahme in den gasförmigen Aggregatzustand überführt zu werden. Durch die weiter andauernde Bewegung sowie durch den Temperatur- und Druckgradienten, wird das nun gasförmige Medium 2 zum kühleren Endbereich 9 in Richtung Kurbelschlaufe 13 bewegt, um dort unter Kondensation die aufgenommene Wärme wieder abzugeben. Zur Verbesserung der Wärmeabführung ist denkbar, die Kurbelschlaufe 13 zusätzlich zu kühlen, beispielsweise mit einem Ölbad oder einem Ölstrahl. Die Bewegung von Kurbelschlaufe 13, Kolbenstange 1 und Kolben 14 erfolgt in den beiden Arbeitszylindern gegenläufig, so dass im ersten Arbeitszylinder während der Verdampfung und Wärmeaufnahme des flüssigen Mediums 2 im kolbennahen, wärmeren Endbereich 8, bevorzugt zeitgleich im zweiten Arbeitszylinder das gasförmige Medium 2 im kurbelschlaufennahen, kühleren Endbereich 9 kondensiert und Wärme an die Umgebung abgibt.
  • In 2 ist ein detaillierter Aufbau des Verbunds bestehend aus Kolbenstange 1, Kolben 14 sowie Kurbelschlaufe 13 dargestellt. Gleiche Bezugszeichen wie in 1 entsprechen gleichen Bauteilen und werden hier nicht erneut ausgeführt. Die Kolbenstange 1 weist einen innenliegenden Hohlraum 7 auf, in welchem das Medium 2 gas- und druckdicht angeordnet ist. Aufgrund der Betriebstemperatur des Kurbelschlaufenmotors ist das Medium 2, bevorzugt Wasser, bei bestimmungsgemäßen Gebrauch sowohl flüssig als auch gasförmig vorliegend. Insbesondere erwärmt sich das Medium 2 am kolbennahen, wärmeren Endbereich 8 und wird durch Wärmeaufnahme in den gasförmigen Aggregatzustand überführt. Hierdurch wird dem kolbennahen Endbereich 8 Wärme entzogen, so dass dieser gekühlt wird. Durch die anschließende Bewegung des Verbunds, sowie aufgrund des Temperatur- und Druckgradienten, wird das gasförmige Medium 2 in Richtung des kühleren, kurbelschlaufennahen Endbereichs 9 geführt, um dort unter Wärmeabgabe an die Umgebung zu kondensieren. Mit Bewegung des Verbunds in die entgegengesetzte Richtung, wird das nun wieder flüssige Medium 2 wieder in Richtung des wärmeren Endbereichs 8 in Kolbennähe geführt, um dort erneut wieder Wärme aufnehmen zu können.
  • Die in 2 dargestellte Kolbenstange 1 wurde durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt, dessen einzelne Verfahrensschritte in den folgenden 3 bis 6 näher erläutert werden. Gleiche Bezugszeichen wie in den vorherigen Figuren entsprechen auch gleichen Bauteilen und werden nicht erneut erklärt.
  • In 3 sind als bevorzugtes Ausführungsbeispiel zwei Teilkörper 3, 4 gezeigt, welche jeweils einen Teilkörperhohlraum 5, 6 und jeweils ein offenes Ende 15, 16 aufweisen. Im einfachsten Fall sind beide Teilkörper 3, 4 als Hohlzylinder ausgebildet und weisen in Längsrichtung L eine gleiche Länge und einen gleichen Innendurchmesser D auf. Selbstverständlich können die beiden Teilkörper 3, 4 auch unterschiedliche Längen (nicht gezeigt) aufweisen.
  • In einem ersten Verfahrensschritt, schematisch dargestellt in 4, wird der erste Teilkörper 3 vertikal ausgerichtet, so dass das freie offene Ende 15 nach oben zeigt. Nach lösbarer Fixierung des Teilkörpers 3 wird der Teilkörperhohlraum 5 mit flüssigem Medium 2 befüllt, bevorzugt in einem Bereich von 0,1 bis 7 cm3, mehr bevorzugt im Volumenbereich von 1,5 bis 2,5 cm3. Durch die Verwendung eines flüssigen Mediums, bevorzugt Wasser, wird eine bevorzugt vollständige Benetzung der das Medium 2 umgebenden Kontaktfläche des Teilkörpers 3 ermöglicht und Lufteinschlüsse oder Spalten vermieden.
  • 5 illustriert den anschließenden Verfahrensschritt des Wärmeentzugs durch indirekte Kühlung des Mediums 2. Hierzu umgreift ein Greifelement 18 zumindest teilweise einen Abschnitt des Teilkörpers 3, bevorzugt derart, dass das Greifelement 18 den gleichen, bevorzugt einen größeren Flächenbereich umgreift, welchen das innen im Teilkörperhohlraum 5 angeordnete Medium 2 aufspannt. So ist sichergestellt, dass das Medium 2 gleichmäßig durchgekühlt und gefroren wird. Das Greifelement 18 umfasst wenigstens einen Zulauf 20 mittels welchem vorbestimmbares Kühlmittel (nicht gezeigt) in das Greifelement 18 einführbar ist.
  • Nach der Überführung des Mediums 2 in den zumindest teilweise festen, bevorzugt vollständig festen, Aggregatzustand, wird die Fixierung (nicht gezeigt) des Teilkörpers 3 gelöst und dieser um 90° in die Horizontale gedreht, ohne dass das Medium 2 verloren geht. Nach erneuter lösbarer Fixierung des Teilkörpers 3 wird das stoffschlüssige Fügen durchgeführt, bevorzugt mittels Reibschweißen. Hierzu wird der zweite Teilkörper 4 ebenfalls horizontal ausgerichtet, so dass sich die beiden freien, offenen Enden 15, 16 direkt einander gegenüberliegen. Während der zweite Teilkörper 4 in Rotation um seine Längsachse X versetzt wird, bleibt Teilkörper 3 in Ruhe. Wird nun der rotierende Teilkörper 4 gegen den ruhenden Teilkörper 3 geführt, bedingt sich durch die Druckbeaufschlagung eine Wärmeeinwirkung, wodurch eine Verformung und folglich auch ein stoffschlüssiges Fügen der Teilkörper 3, 4 ermöglicht wird. Während dieses Schrittes reicht die Wärmeeinwirkung zumeist nicht aus, um das feste Medium 2 in den gasförmigen Aggregatzustand zu überführen, so dass ein Mediumsaustritt während des stoffschlüssigen Fügens verhindert wird. Die resultierende Kolbenstange 1 ist sowohl gas- als auch druckdicht ausgebildet und zeichnet sich durch geringere Wartungsintervalle aus.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Kolbenstange
    2
    Medium (flüssig/gasförmig)
    3
    Teilkörper
    4
    Teilkörper
    5
    Teilkörperhohlraum
    6
    Teilkörperhohlraum
    7
    Hohlraum
    8
    Endbereich
    9
    Endbereich
    13
    Kurbelschlaufe
    14
    Kolben
    15
    offenes Ende
    16
    offenes Ende
    18
    Greifelement
    20
    Zulauf
    X
    Längsachse
    D
    Innendurchmesser
  • 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 4405091 A1 [0003]
    • DE 2324850 [0004]

Claims (10)

  1. Verfahren zur Herstellung einer für ein vorbestimmtes Medium (2) gas- und druckdichten, hohlen Kolbenstange (1) durch Fügen von zumindest zwei Teilkörpern (3; 4) mit jeweils wenigstens einem innenliegenden Teilkörperhohlraum (5; 6), wobei die Teilkörper (3; 4) im gefügten Zustand die hohle Kolbenstange (1) ausbilden, welche das Medium (2) in bestimmungsgemäßen Gebrauch der Kolbenstange (1) in flüssigem und/oder gasförmigem Aggregatzustand enthält, wobei die wenigstens zwei Teilkörper (3; 4) stoffschlüssig gefügt werden, wobei zumindest in einem Teilkörperhohlraum (5) das Medium (2) in flüssigem Aggregatzustand eingebracht wird und anschließend durch Wärmeentzug in einen zumindest teilweise festen Aggregatzustand überführt wird, wobei danach das stoffschlüssige Fügen durchgeführt wird.
  2. Verfahren zur Herstellung einer für ein vorbestimmtes Medium druckdichten, hohlen Kolbenstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das stoffschlüssige Fügen mittels Schweißverfahren, insbesondere mittels Reibschweißen und/oder Rührreibschweißen durchgeführt wird.
  3. Verfahren zur Herstellung einer für ein vorbestimmtes Medium druckdichten, hohlen Kolbenstange nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Wärmeentzugs des Mediums, ein gekrümmt ausgebildetes Greifelement (18) den das Medium (2) enthaltenden Teilkörper (3) zumindest abschnittsweise umgreift.
  4. Verfahren zur Herstellung einer für ein vorbestimmtes Medium druckdichten, hohlen Kolbenstange nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das stoffschlüssige Fügen bei Standardbedingungen, insbesondere bei Standarddruck durchgeführt wird.
  5. Verfahren zur Herstellung einer für ein vorbestimmtes Medium druckdichten, hohlen Kolbenstange nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das stoffschlüssige Fügen in Luftatmosphäre, insbesondere unter Standardluftdruck stattfindet.
  6. Verfahren zur Herstellung einer für ein vorbestimmtes Medium druckdichten, hohlen Kolbenstange, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium aus der Gruppe der organischen Verbindungen und/oder der wasserhaltigen Verbindungen ausgewählt wird.
  7. Verfahren zur Herstellung einer für ein vorbestimmtes Medium druckdichten, hohlen Kolbenstange nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium aus der Gruppe Wasser und/oder Diphyl und/oder Perchlorethylen und/oder Trichlorethylen und/oder einer Kombination hieraus ausgewählt wird.
  8. Gas- und druckdicht verschlossene Kolbenstange (1) mit wenigstens zwei einen Hohlraum (7) bildenden Teilkörpern (3; 4), wobei der Hohlraum (7) der Kolbenstange (1) stoffschlüssig verschlossen ist und wobei der Hohlraum (7) der Kolbenstange ein Medium (2) umfasst, das bei bestimmungsgemäßen Gebrauch der Kolbenstange (1) flüssig und/oder gasförmig ist, dadurch gekennzeichnet, dass das flüssige Medium (2) metallfrei ist und bei Befüllung des Teilkörperhohlraums (5) in einem Volumen im Bereich von 0,1 bis 7 cm3 vorgelegt ist.
  9. Kolbenstange mit wenigstens zwei einen Hohlraum (7) bildenden Teilkörpern (3; 4) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium (2) wenigstens eine wasserhaltige Verbindung und/oder wenigstens eine organische Verbindung ist.
  10. Verwendung einer Kolbenstange nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche in einer Hubkolbenmaschine, bevorzugt in einer Brennkraftmaschine oder einem Kompressor, meist bevorzugt in einem Kurbelschlaufenmotor.
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