DE102016200084A1

DE102016200084A1 - Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102016200084A1
Application number: DE102016200084.5A
Authority: DE
Inventors: Klaus Lades; Wolfram Cromme
Original assignee: Federal Mogul Nuernberg GmbH
Current assignee: Federal Mogul Nuernberg GmbH
Priority date: 2016-01-07
Filing date: 2016-01-07
Publication date: 2017-07-13
Anticipated expiration: 2036-01-08
Also published as: DE102016200084B4

Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Kolbens (10) für einen Verbrennungsmotor wird zumindest ein Ölauffangröhrchen (16) mittels eines EMPT-Verfahrens im oder am Einlass (14) eines Kühlkanals (12) montiert.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor.
STAND DER TECHNIK
Die Entwicklung von Kolben für Verbrennungsmotoren führt zu immer kleineren und gleichzeitig leistungsfähigeren Motoren, was zur Folge hat, dass die verwendeten Kolben extremen thermischen und mechanischen Belastungen unterliegen. Folglich werden an die Kühlung derartiger Kolben besondere Anforderungen gestellt, und es ist beispielsweise aus der DE 10 2011 106379 A1 bekannt, in einem Kühlkanaleinlass ein Röhrchen mit einem trichterförmigen Ende zu montieren, um von einer Kühlöldüse ausgespritztes Kühlöl besonders effizient in den Kühlkanal einzuführen.
Aus der DE 10 2011 002652 B4 geht ein Verfahren zur Befestigung eines durchgehenden Ringes an einem radial offenen Kühlkanal mittels eines EMP-Verfahrens hervor, bei dem auf den Ring nachfolgend Verstärkungsmaterial zur Ausbildung der Kolbenringnuten aufgebracht wird.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Befestigung eines Ölauffangröhrchens im oder am Einlass eines Kühlkanals eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor zu schaffen.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch das im Patentanspruch 1 beschriebene Verfahren.
Demzufolge wird ein derartiges Ölauffangröhrchen mittels eines EMPT-Verfahrens befestigt. Bei diesem Verfahren sind für das zu verformende Röhrchen sämtliche elektrisch leitfähigen Metalle verwendbar. Bei einem EMPT-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 18. Dezember 2015 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 EMPT-Verfahrens als besonders vorteilhaft erwiesen.
Im Zusammenhang mit der Anbringung eines Ölauffangröhrchens im Einlass eines Kühlkanals bietet das EMPT-Verfahren die folgenden Vorteile. Es wird eine stoffschlüssige Verbindung erreicht, wobei unterschiedliche Werkstoffe des Ölauffangröhrchens einerseits und des Kolbens andererseits der Anwendung des Verfahrens nicht entgegenstehen. Die genaue Abmessung des Kühlkanaleinlasses oder einer Kontur, gegen die das Ölauffangröhrchen, wie nachfolgend genauer beschrieben, verformt wird, ist unkritisch bzw. es können auftretende Toleranzen hingenommen werden. Die Befestigung erfolgt extrem schnell, nämlich innerhalb eines Zeitraums von < 50 µs, und es wird keinerlei Wärme eingebracht, so dass es in keiner Weise zu einem Verzug oder Spannungen in den beteiligten Bauteilen kommen kann.
Mit anderen Worten handelt es sich um ein berührungsloses Schweißverfahren, das zu äußerst sauberen Nahtstellen führt, eine hohe Wiederholgenauigkeit aufweist und keine Füllmaterialien erfordert.
Bevorzugte Weiterbildungen sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Gemäß einer Ausführungsform wird das Ölauffangröhrchen zu einer den Kühlkanaleinlass definierenden Innenwand expandiert. Dies bietet den Vorteil, dass an dem Einlass keine gesonderte Kontur ausgebildet werden muss. Vielmehr kann eine beispielsweise weitgehend zylindrische Bohrung, die den Kühlkanaleinlass bildet, dazu genutzt werden, das Ölauffangröhrchen im Rahmen von dessen Befestigung gegen die beschriebene Fläche auszudehnen.
Alternativ kann es in bestimmten Anwendungsfällen Vorteile bieten, wenn das Ölauffangröhrchen zu einem um den Kühlkanaleinlass herum ausgebildeten Steg geschrumpft wird. Der Steg kann auch als Rippe oder einfache Stufe oder als Absatz ausgebildet sein, und bildet im Wesentlichen eine Kontur, gegen die das Ölauffangröhrchen von außen her verformt wird. Wie bereits erwähnt erfolgt im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens eine stoffschlüssige Verbindung des Ölauffangröhrchens mit dem Kolbenmaterial.
Für die Effizienz im Hinblick auf die Menge des in den Kühlkanal eingeführten Kühlmittels, insbesondere -öls, bietet es Vorteile, wenn das Ölauffangröhrchen ein von dem Kühlkanal entfernt liegendes, trichterförmiges Ende aufweist.
Im Hinblick auf das Material des Ölauffangröhrchens wird derzeit Aluminium oder eine Aluminiumlegierung bevorzugt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäß hergestellten Kolben;
2 einen Schnitt durch einen Teil eines erfindungsgemäß hergestellten Kolbens vor der Anbringung eines Ölauffangröhrchens; und
3 einen Schnitt durch einen Teil eines erfindungsgemäß hergestellten Kolbens nach der Anbringung eines Ölauffangröhrchens.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Wie in 1 zu erkennen, weist ein unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellter Kolben 10 einen beispielsweise ringförmig ausgebildeten Kühlkanal 12 auf, in dessen Einlass 14 (in der rechten Hälfte von 1 ohne das darin angebrachte Ölauffangröhrchen 16 (vgl. 1 links) dargestellt) ein Ölauffangröhrchen 16 angebracht ist. Dieses ist im Wesentlichen in den als zylinderförmige Bohrung ausgebildeten Einlass geführt und anschließend mithilfe eines EMPT-Verfahrens derart radial expandiert oder ausgedehnt, dass es mit der beschriebenen Zylinder(innen)fläche verschweißt wird. Wie in den Figuren zu erkennen ist, kann das Ölauffangröhrchen 16 über ein Drittel (vgl. 2) bis zwei Drittel seiner axialen Länge (vgl. 1) eine trichterförmige Form aufweisen.
In 2 ist eine alternative Ausgestaltung gezeigt, bei der das Ölauffangröhrchen 16 nicht in den Kühlkanaleinlass 14 montiert wird, sondern gewissermaßen den Kühlkanaleinlass 14 umgebend ein Steg 18 ausgebildet ist, gegen den das Ölauffangröhrchen 16 von außen her verformt wird. Dies erfolgt im Rahmen des EMPT-Verfahrens mithilfe einer im Wesentlichen ringförmigen Spule 20.
In 3 ist ergänzend zu erkennen, wie hierdurch im Wesentlichen derjenige Endbereich des Ölauffangröhrchens 16, der sich „neben“, mit anderen Worten axial auf der gleichen Höhe wie die Rippe befindet, radial nach innen verformt ist. Wenngleich dies in 1 nicht zu erkennen ist, wird bei der dort gezeigten Ausführungsform das Ölauffangröhrchen radial nach außen verformt.
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 102011106379 A1 [0002]
DE 102011002652 B4 [0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Artikel "Die Elektromagnetische Puls Technologie im industriellen Einsatz" von Dr. Ralph Schäfer und Dr. Pablo Pasquale [0006]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Kolbens (10) für einen Verbrennungsmotor, bei dem zumindest ein Ölauffangröhrchen (16) mittels eines EMPT-Verfahrens im oder am Einlass (14) eines Kühlkanals (12) montiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ölauffangröhrchen (16) zu einer den Kühlkanaleinlass (14) definierenden Innenwand expandiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ölauffangröhrchen (16) zu einem den Kühlkanaleinlass (16) umgebenden Steg (18) geschrumpft wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ölauffangröhrchen (16) stoffschlüssig mit dem Kolbenmaterial verbunden wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Ölauffangröhrchen ein von dem Kühlkanal (12) entfernt liegendes, trichterförmiges Ende aufweist.
Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Ölauffangröhrchen aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ausgeführt ist.