DE102018218373A1

DE102018218373A1 - Kolben für Verbrennungsmotoren und Herstellungsverfahren dafür

Info

Publication number: DE102018218373A1
Application number: DE102018218373.2A
Authority: DE
Inventors: Ralf Meske; Michael Scherer; Sven Ungermann
Original assignee: Federal Mogul Nuernberg GmbH
Current assignee: Federal Mogul Nuernberg GmbH
Priority date: 2018-10-26
Filing date: 2018-10-26
Publication date: 2020-04-30
Also published as: EP3870883A1; WO2020083885A1; CN112867882A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolben (100) für einen Verbrennungsmotor mit:zwei Kolbennaben (120), die zur Aufnahme eines Kolbenbolzens ausgestaltet sind und einen im Wesentlichen konstanten Querschnitt aufweisen,wobei der Kolben im Wesentlichen zylindrisch ist und wobei eine Referenzebene des Kolbens senkrecht zu der Achse (70) des Zylinders ist,wobei die Mittellinien (g, g) der Kolbennaben (120) in Bezug auf die Referenzebene geneigt sind.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft Kolben für Verbrennungsmotoren (d.h. Diesel- oder Ottomotoren) und Verfahren zu deren Herstellung. Sie betrifft ferner eine Vorrichtung zur Herstellung solcher Kolben.
Technischer Hintergrund
Kolben für Otto- und Dieselmotoren verfügen in der Regel über eine Formbohrung in der Kolbennabe, um eine übermäßige Belastung der Innenkante der Oberseite der Kolbennabe aufgrund des Zünddrucks und der Durchbiegung des Kolbens zu vermeiden. Der untere Teil der Kolbennabe wird durch die Fliehkraft beansprucht. Zur Gewichtsreduktion und zur Verwendung konischer Pleuel wird in der Regel eine konisch abgeschnittene Nabe verwendet, d.h. die untere Nabenlänge ist kürzer als die obere Nabenlänge (vorliegend bezeichnet die untere Seite diejenige Seite, die von dem Kolbenboden weg ist, während die obere Seite diejenige Seite ist, zu dem Kolbenboden hin gerichtet ist).
Die Kolbennabe wird im Stand der Technik als durchgängige Bohrung realisiert, um die Koaxialität der beiden Nabenseiten sicherzustellen. Die entsprechende Formbohrung wird durch eine Drehbearbeitung durchgeführt, wobei mit konventionellen Drehmaschinen die untere Nabenform der oberen entsprechen muss, d.h. die Nabenfläche wird durch die Rotation einer Profilkurve um die Bohrungsachse gebildet und ein Schnitt senkrecht zur Bohrungsachse ergibt eine Kreisform mit einem über die Profilkurve definiertem Radius. Aufgrund der thermischen Deformation des Kolbens wird die Mittelachse der beiden Naben im betriebswarmen Zustand jeweils zum Kolbenboden hin gedreht, wodurch sich die Warmkontur der unteren Kolbennabe deutlich von derjenigen der oberen Kolbennabe unterscheidet. Da die Auslegung der Kolbennabe primär aus Festigkeitsgründen unter Zünddruckbelastung durchgeführt wird, kann die untere Kolbennabe unter Fliehkraftbelastung eine kritische Belastung am Rand aufweisen, wie dies die vorliegenden Erfinder festgestellt haben. Diese gilt es zu vermeiden.
Bekannter Stand der Technik
Beispiele des Standes der Technik sind die DE 10 2005 020 501 A1 , WO 2007/115527 A1 , DE 101 37 437 A1 , WO 2007/025733 A1 , DE 10 2009 056 920 A1 , DE 10 2009 036 784 A1 und WO 2005/078321 A1 .
Durch Verwendung besonderer Feindrehmaschinen mit Magnetspindel kann die Auslenkung variabel in Abhängigkeit des Winkels definiert werden. Hierdurch ist es prinzipiell möglich, nicht-rotationssymmetrische Formbohrungen zu fertigen, wodurch die obere und untere Nabenform voneinander entkoppelt werden können. Entsprechende Herstellungsverfahren werden zum Beispiel in der WO 2007/025733 A1 beschrieben. Mit dieser Technik können bei Bedarf bestimmte Ovalitäten in horizontaler und vertikaler Richtung ausgebildet werden, während in Umfangsrichtung eine geeignete Überblendungsfunktion zwischen den beiden Formen des oberen Nabenteils und des unteren Nabenteils verwendet wird.
Darstellung der Erfindung
Den Erfindern ist aufgefallen, dass es bei den Verfahren aus dem Stand der Technik eine nur unzureichende Kompensation der thermischen Dehnung gibt. Dies führt zu einer erhöhten Flankenbelastung an der Nabenunterseite im Betriebszustand, welche zu vermeiden bzw. zu verringern ist.
Die Erfindung zielt darauf ab, die genannten Nachteile zu reduzieren.
Die Erfindung wird durch den Gegenstand von Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert. Die Erfindung wird ferner durch die Verfahrensansprüche und durch den Vorrichtungsanspruch definiert.
Erfindungsgemäß weist ein Kolben für einen Verbrennungsmotor zwei Kolbennaben auf. Bei einem solchen Kolben kann es sich um einen Kolben für Dieselmotoren, aber auch für Ottomotoren handeln. Bei den Kolbennaben handelt es sich um diejenigen Teile des Kolbens, die zur Aufnahme eines Kolbenbolzens ausgestaltet sind und die bei Verwendung eines solchen Kolbens den Kolben mit dem Pleuel verbinden. Diese Kolbennaben weisen einen im Wesentlichen konstanten Querschnitt auf. Hierunter wird verstanden, dass die Kolbennaben in demjenigen Teil, in dem sie den Kolbenbolzen aufnehmen, einen Querschnitt aufweisen, der sich in Richtung der Kolbennabe nicht wesentlich aufweitet oder verengt oder sich sonstwie verändert. Dieser im Wesentlichen konstante Querschnitt muss sich nicht durch die gesamte Kolbennabe hindurch erstrecken - es reicht aus, wenn sich dieser im Wesentlichen konstante Querschnitt lediglich über denjenigen Bereich erstreckt, durch den bei Verwendung des Kolbens der Kolbenbolzen aufgenommen und gehalten wird.
Ein solcher Kolben ist erfindungsgemäß im Wesentlichen zylindrisch und hat eine Achse, die sich entlang der Achse des Zylinders erstreckt. Eine Ebene senkrecht zu dieser Achse wird als Referenzebene des Kolbens definiert.
Erfindungsgemäß sind die Mittellinien der Kolbennaben in Bezug auf die Referenzebene geneigt. Hierbei wird unter den Mittellinien der Kolbennabe eine Linie verstanden, die durch diejenigen Teile der Kolbennaben definiert wird, die einen im Wesentlichen konstanten Querschnitt aufweisen. Die Mittellinien erstrecken sich jeweils durch die Flächenschwerpunkte dieser Querschnitte. Die Neigung der Mittellinien ist bevorzugt so, dass die Kolbennaben von dem Kolbenboden weg geneigt sind, wenn man sich von der Außenseite des Kolbens entlang der Kolbennabe zur Innenseite des Kolbens bewegt.
Den Erfindern ist aufgefallen, dass durch eine entsprechende Neigung der Mittellinien der Kolbennaben die Spannungen in den unteren Kolbennaben, die im betriebswarmen Zustand unter Fliehkraft wirken, verringert werden können. Hierbei wird die aufwärts, d.h. zum Kolbenboden hin, gerichtete Neigung der Kolbennaben aufgrund der thermischen Ausdehnung ganz oder teilweise kompensiert.
Besonders bevorzugt wird, dass der Neigungswinkel α der Mittellinien der Kolbennaben bezüglich der Referenzebene im Bereich von 0,02° bis 1°, besonders bevorzugt im Bereich von 0,02° bis 0,5° liegt. Simulationen haben die gute Eignung dieses Winkelbereichs gezeigt.
Die Erfindung ist für alle Arten von Kolben gedacht, also sowohl Ottokolben als auch Dieselkolben. Die primäre Anwendung wären Ottokolben, welche fast immer aus einer Aluminiumlegierung bestehen. In der Praxis wäre eine Anwendung auf Dieselkolben, die typischerweise aus Stahl oder einer Aluminiumlegierung bestehen, auch möglich.
Weiterhin wird bevorzugt, dass die beiden Mittellinien der beiden Kolbennaben mit der Referenzebene den gleichen Winkel α einschließen.
Weiterhin wird bevorzugt, dass die Mittellinien der beiden Kolbennaben zueinander spiegelsymmetrisch in Bezug auf eine Ebene sind, welche die Achse des Kolbens enthält. Diese Ebene wäre zum Beispiel eine Ebene, die sich mittig zwischen den beiden Kolbennaben erstreckt und zu den beiden Kolbennaben senkrecht ist.
Optional haben die Kolbennaben im Querschnitt ein ovales Profil. Mit einem solchen ovalen Profil kann die Spannung, die im Kolben auftritt, verringert werden, was für das Abnutzungsverhalten des Kolbens von Vorteil ist.
Mathematisch formuliert wird ein erfindungsgemäßer Kolben für einen Verbrennungsmotor in einem Koordinatensystem KS₀ folgendermaßen definiert:

Die Achse z₀ entspricht der Achse eines dem Kolben umschriebenen Zylinders und zeigt in Richtung des Kolbenbodens. Die Achse x₀ zeigt in Richtung der Druckseite, die Achse y₀ zeigt in Richtung der Frontseite. Eine Bolzenebene sei definiert, die parallel zur y₀z₀-Ebene um ein Maß d, den Bolzenversatz, in x₀ Richtung verschoben ist. Die x₀y₀-Ebene sei als Augenebene (Nabenebene) bezeichnet, die x₀z₀-Ebene als Laufebene.

Die Schnittgerade zwischen Bolzenebene und Augenebene definiert bei konventionellen Kolben die Achse der Kolbennabe. Auf dieser Geraden seien zwei Punkte A und B definiert, die jeweils die halbe Länge des Bolzens von der Laufebene entfernt sind. Diese Punkte kennzeichnen das Ende der Kolbennabe und den Beginn der Nuten für die Sicherungsringe.
Im Gegensatz zum Stand der Technik wird ein Kolben vorgeschlagen, bei dem die beiden Bohrungen der Kolbennabe nicht auf einer durchgängigen horizontalen Achse AB liegen, sondern durch zwei zur Augenebene im gleichen Winkel α geneigte Achsen definiert werden. Diese Achsen verlaufen durch die Punkte A und B und schneiden sich in einem weiteren Punkt C, der sich aufgrund der Symmetrie in der Laufebene befindet. Auf beiden Achsen wird je ein zylindrisches Koordinatensystem KS₁ , KS₂ definiert, wobei die z-Achse von A bzw. B nach C zeigt und die r-Achse in der Bolzenebene liegt und zum Kolbenboden zeigt.
Die Motivation zur Einführung der geneigten Bohrungsachsen ergibt sich aus der vollständigen oder teilweisen Kompensation der thermischen Dehnung im betriebswarmen Zustand, so dass beiden Bohrungsachsen der warmen Kolbennabe weitgehend koaxial sind, wodurch der Nachteil der Kantenbelastung an der unteren Kolbennabe ausgeschlossen werden kann.
Zur Realisierung der Feinkontur der Bolzenbohrung wird eine Profilbohrung im Intervall [0, L_B ] definiert, wobei L_B die Länge der Bolzenbohrung definiert. Die Profilbohrung verläuft ausgehend vom den Startpunkten der beiden Bolzenbohrungen A und B in Richtung C und definiert jeweils die lokale radiale Aufweitung R als stetige und konvexe Funktion f der axialen Auslenkung: $\begin{matrix} R_{1} = f (z_{1}), & R_{2} = f (z_{1}), \end{matrix}$
Hierbei definieren z₁ , z₂ die jeweiligen Positionen entlang der jeweiligen Nabenachse. R bezeichnet den Abstand der jeweiligen Nabenoberfläche von der Linie A-C bzw. B-C.
Die Formbohrungen R₁(z₁) und R₂(z₂) seien konvexe Funktion im Intervall [0, L_B], so dass für alle u, v ∈ [0, L_B] und t ∈ [0,1] gilt: $R (t u + (1 - t) v) \leq t R (u) + (1 - t) R (v)$
Als Erweiterung der rotationssymmetrischen Bohrung im geneigten Koordinatensystem wird eine Ovalität a(z) in horizontaler Richtung eingeführt, wobei a(z) die Zunahme des Durchmessers angibt: $R (z, φ) = R (z) + \frac{1}{4} a (z) (1 - cos (2 φ))$
Dies bedeutet, dass der Durchmesser in horizontaler Richtung 2*R(z) + a(z) ist, während in vertikaler Richtung ein Durchmesser von 2*R(z) besteht.
In gleicher Weise wird eine Ovalität in vertikaler Richtung eingeführt: $R (z, φ) = R (z) + \frac{1}{4} a (z) (1 + cos (2 φ))$
Weiterhin kann eine allgemeine Ovalität im geneigten Koordinatensystem durch Definition einer Fourier-Reihe beschrieben werden: $R (z, φ) = R (z) + \sum_{i = 1}^{n} a_{i} (z) sin (i \cdot φ) + \sum_{j = 0}^{m} b_{j} (z) cos (j \cdot φ)$
Erfindungsgemäß ist auch ein Herstellungsverfahren für Kolben nach Anspruch 9. Mit einem solchen Verfahren kann ein Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt werden.
Erfindungsgemäß wird hierbei ein Kolbenrohling auf einer Drehscheibe angeordnet. Bei einem solchen Kolbenrohling handelt es sich um ein Objekt, aus dem der fertige Kolben hergestellt werden soll. Der Kolbenrohling wird von einer Seite des Rohlings (einer Mantelseite im fertigen Kolben) aus bearbeitet (zum Beispiel durch eine Drehbearbeitung), um eine der zwei Kolbennaben auszubilden. Anschließend wird der Kolbenrohling um die Achse des herzustellenden Kolbens gedreht (typischerweise um 180°). Danach wird er an einer zweiten Position abtragend von außen nach innen bearbeitet, um die zweite der zwei Kolbennaben auszubilden. Da man somit nur eine einzige Vorrichtung zum abtragenden Bearbeiten des Kolbenrohlings vorsehen muss, ist ein solches Verfahren leichter implementierbar.
Alternativ ist es auch möglich, einen Kolbenrohling auf einer Plattform anzuordnen, die um eine Schwenkachse verschwenkbar ist, die senkrecht zur Achse des herzustellenden Kolbens und zu der Geraden ist, welche im fertigen Kolben die beiden Kolbennaben verbindet. Nun wird in einem ersten Schritt des abtragenden Bearbeitens die erste der zwei Kolbennaben ausgebildet, wozu der Kolbenrohling um den Winkel α um die Schwenkachse gedreht wird. Dieses abtragende Bearbeiten erfolgt im Wesentlichen entlang der Richtung, die sich entlang der Geraden erstreckt, welche im fertigen Kolben die beiden Kolbennaben verbindet. Sobald das Werkzeug die Mittelachse des Kolbens erreicht hat, wird der Kolben um die Schwenkachse der Plattform mit dem Winkel -2 α zurück geschwenkt. Es folgt das abtragende Bearbeiten des Kolbenrohlings, um die zweite der zwei Kolbennaben auszubilden. Dieses abtragende Bearbeiten erfolgt ebenso im Wesentlichen entlang der Richtung, entlang der das abtragende Bearbeiten während des ersten Schritts erfolgt ist. D.h. die Richtung, in der abgetragen wird, unterscheidet sich bis auf den Schwenkwinkel α nicht zwischen dem Herstellen der ersten Kolbennabe und der zweiten Kolbennabe. Ein solches Verfahren ist leicht implementierbar, wobei jedoch ein entsprechendes „langes“ Werkzeug für das abtragende Bearbeiten nötig ist. Das Verschwenken erfolgt um einen Winkel von ± α, d.h. dem Neigungswinkel der Kolbennaben in Bezug auf die Referenzebene.
Ein weiteres erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren umfasst das Anordnen des Kolbenrohlings auf einer Plattform. Diese ist jedoch entlang der Achse des herzustellenden Kolbens verfahrbar. Der Kolbenrohling wird anschließend abtragend in eine Richtung senkrecht zur Achse des herzustellenden Kolbens bearbeitet, um eine der zwei Kolbennaben auszubilden. Gleichzeitig dazu wird der Kolbenrohling entlang der Achse des herzustellenden Kolbens verfahren, um eine erste Kolbennabe auszubilden. Durch die Kombination aus der Verfahrbewegung entlang der Achse des Kolbens und den abtragenden Bearbeiten senkrecht zur Kolbenachse ergibt sich in Summe eine schräge Ausrichtung der Kolbennabe, wie dies vorliegend beansprucht wird. Sobald das Werkzeug die Mittelachse des Kolbens erreicht hat, wird die Verfahrrichtung des Werkzeugs beibehalten, aber die Verfahrrichtung des Kolbenrohlings umgekehrt, wodurch die zweite Kolbennabe ausgebildet wird.
Die Erfindung wird auch durch eine Vorrichtung gelöst, die für das Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 9-11 ausgebildet ist.
Figurenliste

1 zeigt einen erfindungsgemäßen Kolben in einer Gesamtansicht.
2 zeigt einen erfindungsgemäßen Kolben in einer Schnittansicht.
3 zeigt den Kolben der 2 in einer anderen Schnittansicht.
4 zeigt einen Kolben aus dem Stand der Technik im Betriebszustand mit Temperaturfeld und überhöht dargestellter thermischer Deformation.
5 zeigt das Warmspiel eines Kolbens gemäß dem Stand der Technik.
6+7 zeigen die obere und untere Formbohrung eines ersten erfindungsgemäßen Kolbens im Kaltzustand (6) und im Betriebszustand (7) jeweils abzüglich Kalt- bzw. Warmspiel.
8+9 zeigen die obere und untere Formbohrung eines zweiten erfindungsgemäßen Kolbens im Kaltzustand (8) und im Betriebszustand (9) jeweils abzüglich Kalt- bzw. Warmspiel.
10 zeigt ein erstes Herstellungsverfahren für einen Kolben nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
11 zeigt ein zweites Herstellungsverfahren für einen Kolben nach einer Ausführungsform der Erfindung.
12 zeigt eine dritte Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines Kolbens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Detaillierte Beschreibung der Figuren
1 zeigt eine Gesamtansicht eines Kolbens gemäß der Erfindung. Dieser Kolben ist auch in Schnittansichten in 2 und 3 gezeigt.
Der Kolben 100 weist einen Kolbenboden 110 auf, der bei Verwendung die untere Begrenzung des Verbrennungsraums bildet. Dieser Kolben weist typischerweise Ringnuten auf, welche Kolbenringe aufnehmen können. Unterhalb (d.h. weiter vom Kolbenboden 110 entfernt) befinden sich zwei Kolbennaben 120, die zur Aufnahme eines Kolbenbolzens (nicht dargestellt) ausgestaltet sind.
Wie in 2 zu sehen ist, weisen diese Kolbennaben an ihren radialen Enden jeweils Nuten 130 auf, die zur Aufnahme von Sicherungsringen dienen, die den Kolbenbolzen in der Kolbennabe 120 halten.
In 3 ist angedeutet, wie die Kolbennaben bezüglich der Horizontalen zu verschwenken sind. Eine „klassische“ Kolbennabe erstreckt sich entlang der Geraden, welche die Punkte A und B verbindet. Die Punkte A und B bezeichnen die Mittelpunkte der Querschnitte durch die Kolbennabe an den Punkten, an denen sich die inneren Kanten der Nuten für die Sicherungsringe befinden. Erfindungsgemäß ist jede einzelne Kolbennabe bezüglich dieser Linie nach unten hin geneigt, wie dies durch die Linien g₁ und g₂ angedeutet ist. Diese erstrecken sich von den Punkten A bzw. B durch einen Punkt C, der unterhalb der Verbindungslinie zwischen A und B ist. Eine solche Gestaltung der Kolbennabe kann durch eine konventionelle Feinbearbeitung mit einer jeweils rotationssymmetrischen Formbohrung durchgeführt werden. Der Neigungswinkel α beträgt typischerweise deutlich weniger als 1 °.
Aufgrund des geringen Neigungswinkels, der zur Nabeninnenseite sich aufweitenden Formbohrung und dem Spiel zwischen Bolzen und Nabe kann der Bolzen weiterhin montiert werden, obwohl die Achsen der Nabe nicht mehr wie im Stand der Technik üblich koaxial angeordnet sind.
Die Vorteile einer solchen Gestaltung werden im Hinblick auf 4 bis 5 deutlich werden. Hierbei zeigte 4 eine (stark überzeichnete, Überzeichnungsfaktor 50) finite Elementesimulation eines Kolbens gemäß dem Stand der Technik mit einer horizontalen Kolbennabe im Betriebszustand.
Es ergeben sich, wie aus der Verformung des Kolbens erkenntlich ist, Spannungen beim Einsetzen eines geraden, zylindrischen Bolzens insbesondere an der Innenseite am unteren Bereich der Kolbennabe. Dies wird auch aus der 5 deutlich. Die obere durchgezogene Linie zeigt die Verformung der Oberseite der Kolbennabe entlang der Bolzenachse, während die untere durchgezogene Linie, die sich im Wesentlichen horizontalen entlang der X-Achse erstreckt, die Oberseite des Kolbenbolzens zeigt. Die obere gestrichelte Linie zeigt die Unterseite des Kolbenbolzens, welche sich im Wesentlichen parallel zur Oberseite des Bolzens erstreckt, während die untere gestrichelte Linie die untere Seite der Kolbennabe zeigt. Es ist deutlich zu erkennen, dass sich aufgrund des unterschiedlichen Verlaufs der Kolbennabe und des Kolbenbolzens Spannungen ergeben, die von den unterschiedlichen Formen herrühren.
Dass die vorliegende Erfindung diese Effekte zumindest teilweise kompensiert, wird aus 6 und 7 deutlich, welche das Profil einer Kolbennabe im Kaltzustand (6) und Betriebszustand (7) eines erfindungsgemäßen Kolbens zeigen. Unter dem Betriebszustand werden die Temperaturen verstanden, die bei Verwendung eines solchen Kolbens im Motor auftreten. Hierbei sind die Kolbennaben symmetrisch um einen Winkel von α=0,114° geneigt. In 6 zeigt die obere durchgezogene Linie die Oberseite der Kolbennabe, und die untere durchgezogene Linie zeigt die Unterseite der Kolbennabe. Die gestrichelte Linie bezeichnet die Achse der Nabe. 7 zeigt das gleiche im Betriebszustand, d.h. bei denjenigen Temperaturen, die im Betriebszustand auftreten. Zu erkennen ist deutlich, dass insbesondere die Achse im Betriebszustand parallel zur X-Achse verläuft und dass somit Spannungen vermieden werden.
8 und 9 zeigen im Wesentlichen das gleiche die 6 und 7, wobei jedoch hier ein anderer Neigungswinkel von 0,057° gewählt ist. Auch hierbei ergibt sich eine geringere Verspannung.
10-12 zeigen schematisch Herstellungsverfahren für erfindungsgemäße Kolben. In 10 wird gezeigt, dass ein Kolbenrohling 150 auf einer (nicht dargestellten) Drehscheibe angeordnet wird. Eine Kolbennabe 120' wird mittels einer geneigten Vorschubbewegung V eines abtragenden Werkzeugs hergestellt. Nach dem Ausbilden der Kolbennabe 120' wird der Rohling 150 um 180° gedreht (Drehung D). Dann wird die zweite Kolbennabe hergestellt mittels der gleichen abtragenden Bearbeitung V.
11 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung. Hierbei wird ein Kolbenrohling 160 auf einer verschwenkbaren Plattform (nicht dargestellt) angeordnet. Die Plattform wird zuerst um einen Kippwinkel α verkippt und eine Kolbennabe 120' wird durch ein abtragendes Bearbeiten V hergestellt. Nach dem Ausbilden der ersten Kolbennabe 120' wird der Kolben um einen Kippwinkel -2α zurückgekippt (Kippbewegung K). Anschließend wird die zweite Kolbennabe 120" hergestellt.
12 zeigt ein drittes erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines Kolbens. Hierbei wird ein Kolbenrohling 160 auf einer nicht dargestellten Plattform angeordnet und eine Kolbennabe 120' wird mittels einer abtragenden Bearbeitung V ausgebildet, während der Kolbenrohling entlang einer Verfahrrichtung F verschoben wird. Die abtragende Bearbeitung erfolgt vorliegend komplett horizontal. Anschließend wird der Kolben entlang der gleichen Abtragungsrichtung V weiterhin abtragend bearbeitet, um die zweite Kolbennabe 120" herzustellen. Hierzu wird lediglich die Verfahrrichtung F umgekehrt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005020501 A1 [0004]
WO 2007/115527 A1 [0004]
DE 10137437 A1 [0004]
WO 2007/025733 A1 [0004, 0005]
DE 102009056920 A1 [0004]
DE 102009036784 A1 [0004]
WO 2005/078321 A1 [0004]

Claims

Kolben (100) für einen Verbrennungsmotor mit: zwei Kolbennaben (120), die zur Aufnahme eines Kolbenbolzens ausgestaltet sind und einen im Wesentlichen konstanten Querschnitt aufweisen, wobei der Kolben im Wesentlichen zylindrisch ist und wobei eine Referenzebene des Kolbens senkrecht zu der Achse (z₀) des Zylinders ist, wobei die Mittellinien (g₁, g₂) der Kolbennaben (120) in Bezug auf die Referenzebene geneigt sind.
Kolben für Verbrennungsmotoren nach Anspruch 1, wobei der Neigungswinkel α der Mittellinien (g₁, g₂) der Kolbennaben (120) im Bereich von 0,02° bis 1°, bevorzugt im Bereich von 0,02° bis 0,5° liegt.
Kolben nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Mittellinien (g₁, g₂) der beiden Kolbennaben mit der Referenzebene den gleichen Winkel α einschließen und spiegelsymmetrisch in Bezug auf eine Ebene sind, welche die Achse des Zylinders enthält.
Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bohrungen der Kolbennabe mit einer Formbohrung versehen sind, welche durch die folgende Gleichung beschrieben wird: $\begin{matrix} R_{1} = f (z_{1}), & R_{2} = f (z_{1}), \end{matrix}$
Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kolbennaben im Querschnitt ein ovales Profil haben.
Kolben nach Anspruch 5, wobei die Kolbennaben (120) ein Profil haben, welches durch folgende Gleichung beschrieben wird: $R (z, φ) = R (z) + \frac{1}{4} a (z) (1 - cos (2 φ))$
Kolben nach Anspruch 5, wobei die Kolbennaben (120) ein Profil haben, welches durch folgende Gleichung beschrieben wird: $R (z, φ) = R (z) + \frac{1}{4} a (z) (1 + cos (2 φ))$
Kolben nach Anspruch 4, wobei die Kolbennaben (120) ein Profil haben, welches durch die folgende Gleichung beschrieben wird: $R (z, φ) = R (z) + [\sum_{i = 1}^{n} a_{i} (z) s i n (i \cdot φ) + \sum_{j = 0}^{m} b_{i} (z) c o s (j \cdot φ)]$
Verfahren zum Herstellen eines Kolbens nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit folgenden Schritten: Anordnen eines Kolbenrohlings (150) auf einer Drehscheibe, abtragendes Bearbeiten (V) des Kolbenrohlings entlang einer Richtung von einer Mantelseite des herzustellenden Kolbens aus nach innen, um eine der zwei Kolbennaben auszubilden, Drehen (D) des Kolbenrohlings um die Achse des herzustellenden Kolbens und daran anschließend abtragendes Bearbeiten des Kolbenrohlings entlang einer Richtung von einer Mantelseite des herzustellenden Kolbens aus nach innen, um die zweite der zwei Kolbennaben auszubilden.
Verfahren zum Herstellen eines Kolbens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit folgenden Schritten: Anordnen eines Kolbenrohlings (160) auf einer Plattform, die um eine Schwenkachse verschwenkbar ist, die senkrecht zur Achse des herzustellenden Kolbens und zu der Geraden ist, welche im fertigen Kolben die beiden Kolbennaben verbindet, erster Schritt des abtragenden Bearbeitens (V) des Kolbenrohlings, um eine der zwei Kolbennaben auszubilden, wobei das abtragende Bearbeiten entlang einer Richtung erfolgt, die sich entlang der Geraden erstreckt, welche im fertigen Kolben die beiden Kolbennaben verbindet, zweiter Schritt des abtragenden Bearbeitens des Kolbenrohlings, um die zweite der zwei Kolbennaben auszubilden, wobei das abtragende Bearbeiten entlang der Richtung erfolgt, entlang der das abtragende Bearbeiten während des ersten Schritts erfolgt ist, bevorzugt mit dem Verschwenken (K) der Plattform um einen Winkel 2α zwischen dem ersten Schritt und dem zweiten Schritt des abtragenden Bearbeitens.
Verfahren zum Herstellen eines Kolbens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit folgenden Schritten: Anordnen eines Kolbenrohlings (160) auf einer entlang der Achse des herzustellenden Kolbens verfahrbaren Plattform, abtragendes Bearbeiten (V) des Kolbenrohlings in einer Richtung senkrecht zur Achse des herzustellenden Kolbens, um eine der zwei Kolbennaben auszubilden, zusammen mit einer Verfahrbewegung (F) des Kolbenrohlings parallel zur Achse des herzustellenden Kolbens, um eine erste Kolbennabe auszubilden, anschließend abtragendes Bearbeiten des Kolbenrohlings in der gleichen Verfahrrichtung des Werkzeugs zusammen mit einer Verfahrbewegung (F) des Kolbenrohlings, die entgegengesetzt zur ursprünglichen Verfahrrichtung des Kolbenrohlings ist, um die zweite Kolbennabe auszubilden.
Vorrichtung, die für das Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 9 bis 11 ausgebildet ist