DE4134529C2 - Verfahren zur Herstellung eines Kolbenkopfes mit Kühlkammer und nach diesem Verfahren hergestellter Kolbenkopf - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbenkopfes, insbesondere eines gegliederten Gelenkkolbenkopfes oder eines zweiteiligen Kolbenkopfes, der mit einer geschlossen Kühlkammer an seinem oberen Teil versehen ist.

Aus DE 36 43 039 A1 ist ein zweiteiliger Kolben für Verbrennungsmotoren bekannt, dessen einteiliges Kopfteil einen radial innerhalb der Kolbenringnuten liegenden Ringraum aufweist, dessen Öffnung in Richtung des Kolbenschafts durch ein angebördeltes Blechteil abgedeckt ist, so daß sich ein geschlossener Kühlkanal ergibt.

Aus DE 29 19 638 A1 ist ein zweiteiliger Kolben bekannt, bei welchem sich geschlossene Kühlkanäle dadurch ergeben, daß ein aus geschmiedetem Stahl bestehendes Oberteil sich mit an seiner Unterseite verlaufenden Rippen auf entsprechenden gegenüberliegenden Teilen eines gußeiserenen Unterteils abstützt. Das Ober- und das Unterteil sind miteinander verschweißt. Aufgrund der Paarung zweier unterschiedlicher Werkstoffe ist die Schweißverbindung jedoch problematisch, so daß diese üblicherweise über eine Zwischenschicht aus Nickel realisiert wird, was den Fertigungsaufwand erhöht.

DE 41 12 889 A1 gehört zum Stand der Technik nach §3 Absatz 2 PatG. Darin ist ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbenkopfes offenbart, welcher sich aus einem Oberteil und einem Unterteil zusammensetzt. Eine Metallplatte schließt eine umlaufende Öffnung an der Unterseite des Oberteils so ab, daß sich ein geschlossener Kühlkanal bildet. Die Verbindung, des Oberteils mit dem Unterteil erfolgt über winkelmäßig voneinander beabstandete längliche Umfangsstege, welche durch entsprechende Schlitze der Metallplatte hindurch auf einem umlaufenden Steg des Unterteils aufliegen und mit diesem verschweißt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbenkopfes, insbesondere eines Kolbenkopfes eines gelenkig gegliederten Kolbens, sowie einen Kolbenkopf mit überschaubarem Fertigungsaufwand zu schaffen, der eine geschlossene Kühlkammer aufweist und der sich durch große mechanische Festigkeit auszeichnet.

Das Verfahren zur Herstellung eines Kolbenkopfes mit einer geschlossenen Kühlkammer gemäß der Erfindung ist durch folgende Schritte gekennzeichnet:
Bereitstellen eines ersten Werkstückes mit im wesentlichen zylindrischer Form;
Anfertigen einer randseitigen umlaufenden Nut in dem ersten Werkstück durch Maschinenbearbeitung und Anfertigen einer zentralen Ausnehmung, derart daß ein umlaufender Steg gebildet wird;
Versehen des ersten Werkstückes mit zwei Ausschnitten, jeweils einen an einer Längskante des offenen Endes der randseitigen umlaufenden Nut;
Bereitstellen eines zweiten Werkstückes, das einen im wesentlichen zylindrischen, quadratischen oder rechteckigen Querschnitt aufweist;
Versehen des zweiten Werkstückes mit einer zentralen Ausnehmung und einer randseitigen äußeren Ausnehmung, derart daß ein umlaufender Steg gebildet wird;
Anordnen einer umlaufenden Ringplatte auf den beiden Ausschnitten am offenen Ende der randseitigen umlaufenden Nut; und
Zusammenführen der umlaufenden Stege und Verbinden des ersten Werkstückes mit dem zweiten Werkstück, wobei der Kolbenkopfrohling entsteht.

Der Kolbenkopf mit Kühlkammer gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf aus einem ersten Werkstück und einem zweiten Werkstück besteht, die durch Verschweißen miteinander verbunden sind.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: Einen Längsschnitt der beiden, den Kolbenkopf gemäß der Erfindung darstellenden Teile und

Fig. 2: einen Längsschnitt des Kolbenkopfes, der nach dem Verfahren nach der Erfindung hergestellt ist.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der gelenkig gegliederte Kolbenkopf, der eine geschlossene Kühlkammer aufweist, nach folgenden Schritten hergestellt:

• a) Ein erstes Werkstück 1 wird aus einem ersten Stahlbarren gewonnen und weist im wesentlichen eine zylindrische Form auf;
• b) Das erste Werkstück 1 wird einer Bearbeitung unterzogen, um eine umlaufende randseitige Nut 1a und eine zentrale Ausnehmung zu schaffen, so daß ein umlaufender Steg 1d erhalten wird;
• c) Das erste Werkstück 1 wird mit zwei Ausschnitten 1b und 1c zu beiden Seiten des offenen Endes der umlaufenden randseitigen Nut 1a versehen;
• d) Ein zweites Werkstück 3 wird von einem zweiten Stahlbarren erhalten und weist im wesentlichen einen zylindrischen, quadratischen oder rechteckigen Querschnitt auf;
• e) Das zweite Werkstück 3 wird bearbeitet, um eine zentrale Ausnehmung 3a und eine randseitige Ausnehmung 3b vorzusehen;
• f) Eine umlaufende Ringplatte 2 wird so angeordnet, daß sie auf den Ausschnitten 1b und 1c des ersten Werkstückes, die eine Anschlagschulter darstellen, ruht;
• g) Das erste Werkstück 1 und das zweite Werkstück 3 werden dadurch miteinander vereinigt, daß der umlaufende Steg 1d des ersten Werkstückes 1 mit dem umlaufenden Steg 3c des Werkstückes 3 verschweißt wird, wodurch der Kolbenkopfrohling 4 entsteht.

Der Durchmesser des zweiten Werkstückes 3 im Bereich der randseitigen externen Ausnehmung 3a ist etwas größer als der Innendurchmesser der Ringplatte 2.

Durch den Schweißvorgang wird die innere Kante der Ringplatte 2 festgelegt, die integral mit dem Kolbenkopf wird (Fig. 2), während die äußere Kante der Ringplatte 2 auf dem Ausschnitt 1c ruht. Im nachfolgenden Bearbeitungsschritt wird der Kolbenkopfrohling einer Endbearbeitung zugeführt, bei der die Ringnuten und die Naben für den Kolbenbolzen gefertigt werden. Diese Verarbeitungsschritte werden weder beschrieben noch illustriert, denn sie sind für die vorliegende Erfindung nicht wesentlich.

Das bevorzugte Verfahren zur Durchführung der Erfindung enthält eine Reibverschweißung, jedoch können auch andere, bekannte Schweißverfahren eingesetzt werden.

Während ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben und erläutert worden ist, soll bemerkt werden, daß andere Ausführungsformen im Rahmen der Erfindung liegen. Beispielsweise könnten die beiden Teile des Kolbenkopfes, die von einem Stahlbarren gewonnen werden, auch durch Schmieden oder auch Sintern hergestellt werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung des Kolbenkopfes mit einer geschlossenen Kühlkammer, das folgende Schritte aufweist:
Bereitstellen eines ersten Werkstückes (1) mit im wesentlichen zylindrischer Form;
Anfertigen einer randseitigen umlaufenden Nut (1a) in dem ersten Werkstück durch Maschinenbearbeitung und Anfertigen einer zentralen Ausnehmung, derart daß ein umlaufender Steg (1d) gebildet wird;
Versehen des ersten Werkstückes (1) mit zwei Ausschnitten (1b, 1c), jeweils einen an einer Längskante des offenen Endes der randseitigen umlaufenden Nut (1a);
Bereitstellen eines zweiten Werkstückes (3), das einen im wesentlichen zylindrischen, quadratischen oder rechteckigen Querschnitt aufweist;
Versehen des zweiten Werkstückes (3) mit einer zentralen Ausnehmung und einer randseitigen äußeren Ausnehmung (3b), derart daß ein umlaufender Steg (3c) gebildet wird;
Anordnen einer umlaufenden Ringplatte (2) auf den beiden Ausschnitten (1b, 1c) am offenen Ende der randseitigen umlaufenden Nut (1a); und
Zusammenführung der umlaufenden Stege (1d, 3c) und Verbinden des ersten Werkstückes (1) mit dem zweiten Werkstück (3), wobei der Kolbenkopfrohling (4) entsteht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Werkstück (1) und das zweite Werkstück (3) aus Stahlbarren gewonnen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen dem ersten Werkstück (1) und dem zweiten Werkstück (3) durch Reibverschweißung erfolgt.

4. Kolbenkopf mit einer Kühlkammer, der sich aus einem ersten Werkstück (1) und einem zweiten Werkstück (3) zusammensetzt, die miteinander durch Schweißen verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkammer durch eine randseitige umlaufende Nut (1a) und eine umlaufende Ringplatte (2) begrenzt wird, die das offene Ende der randseitigen umlaufenden Nut (1a) abschließt.

5. Kolbenkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenkante der umlaufenden Ringplatte (2) integral mit dem Kolbenkopf (4) ist und die Außenkante der umlaufenden Ringplatte (2) auf einem Einschnitt (1c) ruht, der an dem offenen Ende der Kühlkammer vorgesehen ist.