EP2569121A1 - Method for producing an arbitrary geometry on pistons of internal combustion engines - Google Patents

Method for producing an arbitrary geometry on pistons of internal combustion engines

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Publication number
EP2569121A1
EP2569121A1 EP11704548A EP11704548A EP2569121A1 EP 2569121 A1 EP2569121 A1 EP 2569121A1 EP 11704548 A EP11704548 A EP 11704548A EP 11704548 A EP11704548 A EP 11704548A EP 2569121 A1 EP2569121 A1 EP 2569121A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
working cathode
elysieren
cooling
passage opening
Prior art date
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Ceased
Application number
EP11704548A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Michael Albert Janssen
Volker Gniesmer
Karl Dieffenbach
Gerhard Luz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KS Kolbenschmidt GmbH
Original Assignee
KS Kolbenschmidt GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by KS Kolbenschmidt GmbH filed Critical KS Kolbenschmidt GmbH
Publication of EP2569121A1 publication Critical patent/EP2569121A1/en
Ceased legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
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    • Y10T29/49277—Piston ring or piston packing making including casting or molding

Definitions

  • the invention relates to a method for processing a one-piece or built, liquid-cooled piston of an internal combustion engine, which comprises a piston piston upper part and a piston piston lower part.
  • a method for processing a one-piece or built, liquid-cooled piston of an internal combustion engine which comprises a piston piston upper part and a piston piston lower part.
  • an electrochemical process is used, with which a metallic material can be removed.
  • pistons for internal combustion engines have been used to represent a free-form surface topography known forming methods such as casting and forging.
  • casting this involves complicated tools, in particular casting cores, and draft angles for the forging tool to be considered in the case of forging.
  • These primary molding processes are also subject to the disadvantage of a rough surface structure.
  • the geometries of finished pistons to be produced by mechanical machining of surfaces currently extend to rotationally symmetrical measures such as turning and drilling or plane milling operations. Regardless of the mechanical measures used, these require complex deburring.
  • Electrochemical material removal corresponds to that of an electrolytic cell in which a system of workpiece electrolytic tool forms the electrolytic cell in which the anode goes into solution due to charge exchange processes when using suitable electrolyte solutions.
  • electrolyte solution Between the anode (workpiece) and the cathode (tool) flows through a machining gap, the electrolyte solution, wherein at the cathode hydrogen ions are discharged.
  • the metal ions formed at the anode react with corresponding reactants to form metal hydroxides, which are carried along by the flowing electrolyte and transported away.
  • Elysizing is a reversal of electroplating.
  • the object of the invention is to provide a method by means of which arbitrarily designed topographies can be generated on finished piston components or a finished piston by an electrochemical method, the Elysieren.
  • the solution to the problem consists in an Elysier method, which is applied after the respective completion of the piston upper part or piston lower part or after assembly of these piston components or after completion of the one-piece piston.
  • the method allows a material removal on a finished piston or finished piston component to create any geometrically designed topographies executed as a recess, passage opening, bore, oil pocket, contour or surface in or on the piston. This method advantageously takes place without mechanical damage to the surrounding surfaces of the components produced by a casting or forging process.
  • a further advantage of the method used is the high degree of dimensional stability and surface quality as well as a material removal that is accurate to the final contour.
  • This electrochemical machining which can be implemented with low process times, can be used both for cooling areas and for non-cooling areas of the piston.
  • a particular advantage is that a good reproducibility is achieved in a single operation with high dimensional accuracy and high surface quality, with no tool wear sets.
  • the cold material removal of the Elysiervons also causes no thermal or deformation-induced microstructural influence.
  • neither appreciable machining forces nor bracing forces in the piston occur at the same time completely free of degree of machining.
  • the outstanding properties of the process also known as ECM (Electro Chemical Machining), offer great design freedom, even for complex spatial forms.
  • the method allows a flexible design in the design of measures that are provided for coolant supply and / or coolant to the piston, which can be realized without Gestaltfestmaschinebuchnere that were not or only partially implemented.
  • the method used requires no additional Entgratungsetzwand and the result is a reduction in manufacturing costs.
  • cooling channels, cooling chambers or oil pockets with local extensions for cooling optimization of the piston can be produced, with all transitions being rounded for the first time.
  • Holes, passages or recesses for supplying or discharging coolant can optionally be curved, out-of-round, oval, oblong hole-shaped.
  • the cross section of an opening or bore can change over its longitudinal extent. Through the process used, all edges are rounded and thus the risk of structural strength compared to the mechanical processing is significantly reduced.
  • the thereby achievable surface structure favors the flow of a coolant, so that this processing is advantageously used to create passages, openings or recesses through which a lubricant or cooling medium flows or is discharged.
  • oil drain pockets with free shaping on the groove flanks einbringbar These pockets are characterized in that the transitions on the groove flank and toward the groove bottom are completely rounded. If necessary, the shape of the Zuntenground is included, so that the oil behind the ring can be removed through the bag. Furthermore, the pockets can be designed as a complete breakthrough through the last ring land. Another feature is the oil pockets with free shaping in the bolo area, as well as the oil grooves in the bolt area to ensure optimum lubrication of the bolt.
  • the ECM process also allows the creation of complex, three-dimensional freeform surfaces on the finished piston. As a result, the piston can be adapted with respect to its function to specific requirements, such as optimization of the cooling function, flow optimization of the cooling medium, weight optimization. This is achieved by a less expensive and less restricted process compared to the alternative manufacturing possibilities.
  • inventive use of the electro-chemical removal advantageously allows a great deal of freedom in terms of the orientation, the course and the size of free-form surfaces, recesses or contours.
  • a particular advantage is that there is no restriction on the geometric shape.
  • the method used also allows the creation of trumpet-shaped, not rotationally symmetrical holes.
  • the realizable shaping is determined by the feed direction of the working cathode (electrode), which after completion of the created topography has to be moved in the opposite direction again.
  • this direction of feed can also be irregular or curved, as a result of which contours with undercuts can advantageously be produced by the method used.
  • a piston production which uses the Elysier Kunststoffmaschinen for targeted removal of the material on or in a piston, takes place in the following steps.
  • a forging or casting process is preferably used as the primary molding process.
  • the piston component is cleaned of lubricants and / or coolants used in mechanical processing to remove, for example, adhering chips.
  • the Elysier method is used to finish or finish individual surfaces or to create geometrically shaped recesses, openings or contours.
  • the assembly of the lower piston part and the upper piston part takes place, which are supported via a joining zone and connected in a force-fitting manner by means of a weld material fit or by means of a screw connection.
  • the Elysier Kunststoffe for example, a passage opening between the cooling chamber and a cooling channel after assembly of the piston lower part and the piston upper part, and thus introduce in the finished part.
  • the Elysier process includes the following steps. First, a manual or automated introduction of the piston or the piston component takes place in a device in which the piston is calibrated, aligned to a zero position and fixed.
  • a lowering and aligning of the working cathode is carried out on the piston area to be machined.
  • the further process steps see the creation a voltage or a current and the flushing or flushing of the working cathode with an electrolyte medium, wherein the applied current or the applied voltage can be controlled in time over the course of the process.
  • the working cathode is introduced, for example, along a continuously curved infeed line to the piston or the piston component for the purpose of removal of material, to display the predetermined geometry or topography.
  • a particular advantage of the Elysier method used is that this is used for piston components or the entire piston regardless of the manufacturing process, forging or casting process and the metallic materials used. Consequently, piston components can be machined from the same or different materials or materials in which z. B. aluminum and / or steel form the main alloy element or a piston part made of steel is combined with another piston part made of light metal.
  • the electrochemical process can preferably be used to produce simple or complicated free-form surfaces on piston components. Likewise, it lends itself to use the method to introduce recesses, openings or holes between a cooling chamber and the cooling channel in the piston upper part or in the piston lower part or to increase the size of cold storage or to optimize. Furthermore, recesses or oil pockets can be created by Elysieren in the refrigerator or in the region of the pin bore of the piston base. The Elysieren can also be used for a rework or finishing of already introduced in a piston part openings, holes or contours.
  • a device is suitable in which the piston is fixed and the working cathode is received in a holder and displaceable is guided. Between the anode connected to the workpiece, the piston and the tool, the working cathode (electrode) is provided a gap for the flow of an electrolyte solution.
  • An electrochemical removal of the material takes place after application of an electrical voltage or current between the anode and the insulated, the shaping, for example, to be created recess working cathode.
  • the working cathode is continuously tracked during the removal process.
  • the working cathode is advantageously used in a holder that a controlled, the removal process takes place corresponding adjustment.
  • a spring means causes a spring-assisted displacement of the working cathode.
  • the holder also includes openings for entry and exit for the electrolyte solution.
  • the working cathode are assigned to the anode facing the end non-conductive spacers.
  • a linear drive or a numerically controlled drive can also be used.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a piston in a sectional view with an inventively prepared passage opening in the piston upper part
  • Fig. 3 a third embodiment with respect to FIG. 2 alternatively
  • Fig. 4 a fourth embodiment with an inventively designed Refrigerator
  • Fig. 5 a fifth embodiment with an inventively prepared
  • Fig. 5a In a single part drawing, the working cathode to create the
  • FIG. 5b shows a further view of the working cathode according to FIG. 5a, FIG.
  • FIG. 6 shows a sixth embodiment with a cooling channel according to the invention
  • Fig. 7 a seventh embodiment with two differently executed
  • FIG. 1 shows a sectional view of a piston 1 constructed as a cooling channel piston, comprising a piston upper part 2 and a piston lower part 7.
  • a piston upper part 2 of the piston 1 is closed off by a piston head 3 in which a combustion bowl 4 is centrally inserted.
  • the upper piston part 2 is surrounded by a top land 5 and a subsequent ring field 6.
  • the upper piston part 2 is adjoined by the lower piston part 7, which forms a piston shaft 8, which comprises certain diametrically opposite pin bores 9 for receiving a piston pin not shown in FIG.
  • the components which are preferably produced by a casting method or by a forging process, the piston upper part 2 and the piston lower part 7, are supported via a joining plane 10 and connected in a materially bonded manner, in particular by means of a weld.
  • a radially encircling cooling channel 11 is integrated in the piston upper part 2, which is preferably produced by a detachable casting core, in particular a salt or sand core is.
  • a made of a temperature-resistant sheet metal insert 25 is used for sealing an outer circumferential annular gap 24, which adjusts between the annular field 6 and the piston lower part 7, a made of a temperature-resistant sheet metal insert 25 is used.
  • the piston 1 In the operating state, the piston 1 is acted upon by a coolant, in particular the lubricating oil of the internal combustion engine, via a spray nozzle, not shown in FIG.
  • the coolant is injected to a central cooling chamber 13 of the piston 1 and passes through at least one passage opening 12 in the cooling channel 11.
  • the coolant can be injected directly from the spray nozzle via a not shown inlet opening into the cooling channel 11.
  • the exit of the coolant from the cooling channel 11 via at least one not shown outlet opening.
  • a corresponding shaping and installation position of the cooling channel 11 extends at least partially in matching intervals to the ring field 6 and the combustion bowl 4.
  • the lower piston part 7 is positioned in a device 14, which comprises a holder 15, in which a working cathode 16 is displaceably guided.
  • the outside of the course of the passage opening 12 in accordance arcuately shaped working cathode 16 is adjustable on a with the radius of curvature of the passage opening 12 extending infeed line 17.
  • the device 14 may be equipped with a plurality of correspondingly positioned working cathodes 16.
  • FIGS. 2 to 7 show alternative embodiments of pistons designed according to the invention with differently designed topographies produced by elytra. It is understood that details and areas which have equivalent functions to previously described details and areas, the same reference numerals bear and are not explained again in detail.
  • FIG. 2 shows, in a half section, the piston 1, in which local oil pockets 21 are introduced into the upper piston part 2 after the production process and before assembly with the lower piston part 7 by the Elysiervon.
  • the circumferentially distributed in the cooling channel 11 arranged oil pockets 21 cause enlargement of the cooling channel 11 in the direction of the piston head 3.
  • the piston upper part 2 comprises in the lower groove wall 23 pointing to the piston shaft 8 a plurality of oil drain holes 22 produced by an Elysiervon.
  • the piston 1 according to Figure 3 comprises the cooling channel 1 1, the piston bottom side forms a corrugated running profile 26, which, for example. has different depths between a measure "x" and "y". Furthermore, in the region of the cooling space 13 illustrated as an alternative to FIG. 1, the piston 1 comprises at least one trough-shaped recess 27 separated by a rib 28. To illustrate the profile 26 and the recess 27, which are introduced into the piston upper part 2 prior to assembly, becomes also used an Elysier vide.
  • the piston 1 shows the piston 1 with a conically tapered and arcuate passage opening 29 between the cooling chamber 13 and the cooling channel 1 1 in the region of the piston upper part 2.
  • the lower piston part 7 includes in the direction of the pin bore 9 extending oil pockets 33a, 33b.
  • a through-opening 34 extending from the cooling channel 11 to the cooling space 13 is provided in the piston lower part 7.
  • the delivery line 36 illustrates the delivery of the working cathode 35 for producing the inflow line 34.
  • Figures 5a, 5b show the working cathode 35, which is designed according to the course of the geometric shape of the passage opening 34.
  • the trumpet-shaped working cathode 35 forms a standing oval-shaped cross-sectional profile, which tapers from a largest diameter "x" to a small diameter "y". Accordingly, the enveloping edge curves of the working cathode 35 are related, according to which Ai ⁇ A 2 ⁇ A 3 is designed.
  • FIG. 6 A further application of the Elysiervons to create targeted recesses in the piston 1 is shown in FIG 6. Thereafter, the cooling channel 11 is provided with arcuately extending in the direction of the piston crown 3, mutually offset oil pockets 37 are provided. The working cathode 38 used to create the oil pocket 37 is guided on a correspondingly curved delivery line 39.
  • the piston bottom part 7 of the piston 1 further includes trough-shaped recesses 40 introduced by an Elysiervon, which are separated by a rib 41.
  • FIG. 7 shows openings and bores which, after assembly, are produced by the piston upper part 2 and piston bottom part 7 by an elliptical method on the finished piston 1.
  • an arcuate and conically extending passage opening 43 is provided between a piston interior 42 and the cooling channel 11, on the one hand.
  • the opposite to the passage opening 43 introduced passage opening 44 shows an alternative design.
  • the course of these passage openings 43,44 takes place in consideration of a possible delivery of the working cathodes used, which are characterized by the associated arcuate delivery lines 45, 46.
  • the oil drain holes 22 in the groove wall 23 are introduced by the Elysier vide to the finished piston 1 in the region of the ring field 6. List of reference signs piston

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Abstract

The invention relates to a method for processing a constructed, liquid-cooled piston (1) of an internal combustion engine, said piston comprising an upper piston part (2) and a lower piston part (7), which are supported by means of a joining plane (10) and are connected to each other in a bonded manner. An electrochemical method, electrochemical machining, is used to produce a passage opening (12) or a hole in the piston (1). By means of said method, material is selectively removed after the completion of the upper piston part (2), the lower piston part (7), or the piston (1) after the two piston components have been joined. The electrochemical machining allows an arbitrarily geometrically designed topography having at least one passage opening (12), a hollow, or an oil pocket in cooling areas or non-cooling areas to be created on the piston (1).

Description

Verfahren zur Erzeugung einer beliebig gestalteten Geometrie an Kolben von Brennkraftmaschinen  Method for generating an arbitrarily shaped geometry on pistons of internal combustion engines
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung eines einteiligen oder gebauten, flüssigkeitsgekühlten Kolbens einer Brennkraftmaschine, der ein Kolbenkolbenoberteil und ein Kolbenkolbenunterteil umfasst. Zur Herstellung einer Öffnung oder Bohrung des Kolbens wird als ein elektrochemisches Verfahren ein Elysieren eingesetzt, mit dem ein metallischer Werkstoff abgetragen werden kann. The invention relates to a method for processing a one-piece or built, liquid-cooled piston of an internal combustion engine, which comprises a piston piston upper part and a piston piston lower part. For the production of an opening or bore of the piston, an electrochemical process is used, with which a metallic material can be removed.
Bei Kolben für Brennkraftmaschinen (einteilige gegossene oder geschmiedete Kolben oder mehrteilige gebaute Kolben, bei denen die Teile kraft- und/oder stoffschlüssig miteinander lösbar oder unlösbar verbunden werden) wurden bisher zur Darstellung einer freigeformten Oberflächentopographie bekannte Urformverfahren wie Gießen und Schmieden eingesetzt. Damit verbunden sind im Fall des Gießens komplizierte Werkzeuge, insbesondere Gießkerne und im Fall des Schmiedens zu berücksichtigende Auszugsschrägen für das Schmiedewerkzeug. Diese Urformverfahren unterliegen auch dem Nachteil einer rauen Oberflächenstruktur. Die durch mechanische Bearbeitung von Flächen herzustellenden Geometrien an Fertigkolben erstrecken sich zurzeit auf rotationssymmetrische Maßnahmen wie Drehen und Bohren oder ebene Fräsoperationen. Unabhängig von den eingesetzten mechanischen Maßnahmen erfordern diese ein aufwändiges Entgraten. In pistons for internal combustion engines (one-piece cast or forged pistons or multi-part piston built, in which the parts are non-positively and / or materially releasably or permanently connected) have been used to represent a free-form surface topography known forming methods such as casting and forging. In the case of casting, this involves complicated tools, in particular casting cores, and draft angles for the forging tool to be considered in the case of forging. These primary molding processes are also subject to the disadvantage of a rough surface structure. The geometries of finished pistons to be produced by mechanical machining of surfaces currently extend to rotationally symmetrical measures such as turning and drilling or plane milling operations. Regardless of the mechanical measures used, these require complex deburring.
Aus der DE 199 59 593 A1 ist es bekannt, zur Herstellung von Bohrungen alternativ zur mechanischen Bearbeitung ein ECM-Verfahren (Elektro Chemical Machining) einzusetzen, das auch als „Elysieren" bezeichnet wird. Das Grundprinzip des elektrochemischen Materialabtragens entspricht dem einer elektrolytischen Zelle, bei welchem ein System aus Werkstück-Elektrolyt-Werkzeug die elektrolytische Zelle bildet, in der bei Verwendung geeigneter Elektrolytlösungen die Anode aufgrund von Ladungsaustauschvorgängen in Lösung geht. Zwischen der Anode (Werkstück) und der Kathode (Werkzeug) strömt durch einen Bearbeitungsspalt die Elektrolytlösung, wobei an der Kathode Wasserstoffionen entladen werden. Die an der Anode entstehenden Metallionen reagieren mit entsprechenden Reaktionspartnern unter Bildung von Metallhydrooxidverbindungen, die vom strömenden Elektrolyten mitgenommen und wegtransportiert werden. Das Elysieren ist eine Umkehrung der Galvanisierung. From DE 199 59 593 A1 it is known to use an ECM method (Electrochemical Machining), alternatively referred to as "machining", for the production of bores, which is also referred to as "Elysizing" Electrochemical material removal corresponds to that of an electrolytic cell in which a system of workpiece electrolytic tool forms the electrolytic cell in which the anode goes into solution due to charge exchange processes when using suitable electrolyte solutions. Between the anode (workpiece) and the cathode (tool) flows through a machining gap, the electrolyte solution, wherein at the cathode hydrogen ions are discharged. The metal ions formed at the anode react with corresponding reactants to form metal hydroxides, which are carried along by the flowing electrolyte and transported away. Elysizing is a reversal of electroplating.
Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren bereitzustellen, mit dem an fertigen Kolbenbauteilen oder einem fertigen Kolben durch ein elektrochemisches Verfahren, dem Elysieren beliebig gestaltete Topographien erzeugt werden können. The object of the invention is to provide a method by means of which arbitrarily designed topographies can be generated on finished piston components or a finished piston by an electrochemical method, the Elysieren.
Die Lösung der Problemstellung besteht in einem Elysier-Verfahren, das nach der jeweiligen Fertigstellung des Kolbenoberteils oder Kolbenunterteils oder nach einem Zusammenfügen dieser Kolbenbauteile oder nach Fertigstellung des einteiligen Kolbens angewandt wird. Vorteilhaft ermöglicht das Verfahren einen Materialabtrag an einem fertigen Kolben oder fertigen Kolbenbauteil zur Schaffung von beliebig geometrisch gestalteten Topographien ausgeführt als Ausnehmung, Durchtrittsöffnung, Bohrung, Öltasche, Kontur oder Fläche in oder an dem Kolben. Vorteilhaft erfolgt dieses Verfahren ohne mechanische Beschädigung der umliegenden Oberflächen der durch einen Giess- oder Schmiedeprozess hergestellten Bauteile. Ein weiterer Vorteil des eingesetzten Verfahrens ist der hohe Grad an Maßhaltigkeit und Oberflächenbeschaffenheit sowie ein endkonturgenauer Materialabtrag. Diese mit geringen Prozesszeiten umsetzbare elektrochemische Bearbeitung kann sowohl für Kühlbereiche als auch für Nichtkühlbereiche des Kolbens eingesetzt werden. Ein besonderer Vorteil besteht darin, dass in einem Arbeitsgang bei gleichzeitig hoher Maßgenauigkeit und hoher Oberflächengüte eine gute Reproduzierbarkeit erreicht wird, wobei sich kein Werkzeugverschleiß einstellt. Der kalte Materialabtrag des Elysierverfahrens verursacht außerdem keine thermische oder verformungsbedingte Gefügebeeinflussung. Weiterhin entstehen weder nennenswerte Bearbeitungskräfte noch Verspannungskräfte im Kolben bei gleichzeitig vollständig gradfreier Bearbeitung. Die überragenden Eigenschaften des auch als ECM-Verfahren (Electro Chemical Machining) bezeichneten Verfahrens sind eine große Gestaltungsfreiheit auch für komplexe Raumformen. Außerdem ermöglicht das Verfahren ein flexibles Design bei der Gestaltung von Maßnahmen, die zur Kühlmittelversorgung und/oder zur Kühlmittelbeaufschlagung des Kolbens vorgesehen sind, die ohne Gestaltfestigkeitverluste realisiert werden können, die bisher nicht oder nur eingeschränkt umsetzbar waren. Das eingesetzte Verfahren erfordert keinen zusätzlichen Entgratungsaufwand und daraus resultierend ergibt sich eine Reduzierung der Herstellkosten. The solution to the problem consists in an Elysier method, which is applied after the respective completion of the piston upper part or piston lower part or after assembly of these piston components or after completion of the one-piece piston. Advantageously, the method allows a material removal on a finished piston or finished piston component to create any geometrically designed topographies executed as a recess, passage opening, bore, oil pocket, contour or surface in or on the piston. This method advantageously takes place without mechanical damage to the surrounding surfaces of the components produced by a casting or forging process. A further advantage of the method used is the high degree of dimensional stability and surface quality as well as a material removal that is accurate to the final contour. This electrochemical machining, which can be implemented with low process times, can be used both for cooling areas and for non-cooling areas of the piston. A particular advantage is that a good reproducibility is achieved in a single operation with high dimensional accuracy and high surface quality, with no tool wear sets. The cold material removal of the Elysierverfahrens also causes no thermal or deformation-induced microstructural influence. Furthermore, neither appreciable machining forces nor bracing forces in the piston occur at the same time completely free of degree of machining. The outstanding properties of the process, also known as ECM (Electro Chemical Machining), offer great design freedom, even for complex spatial forms. In addition, the method allows a flexible design in the design of measures that are provided for coolant supply and / or coolant to the piston, which can be realized without Gestaltfestigkeitverluste that were not or only partially implemented. The method used requires no additional Entgratungsaufwand and the result is a reduction in manufacturing costs.
Durch die Erfindung können Kühlkanäle, Kühlräume oder Öltaschen mit lokalen Erweiterungen zur Kühlungsoptimierung des Kolbens hergestellt werden, wobei erstmals alle Übergänge verrundet sind. Bohrungen, Durchtritte oder Ausnehmungen zur Versorgung bzw. Ableitung von Kühlmittel können optional gekrümmt, unrund, oval, langlochförmig ausgeführt werden. Weiterhin kann sich der Querschnitt einer Öffnung oder Bohrung über deren Längserstreckung ändern. Durch den eingesetzten Prozess werden alle Kanten verrundet und somit wird die Gefährdung der Gestaltfestigkeit gegenüber der mechanischen Bearbeitung deutlich reduziert. Die dabei erzielbare Oberflächenstruktur begünstigt die Strömung eines Kühlmittels, so dass diese Bearbeitung vorteilhaft zur Schaffung von Durchtritten, Öffnungen oder Ausnehmungen einsetzbar ist, über die ein Schmier- oder Kühlmedium einströmt oder abgeführt wird. Ebenso sind Ölabführungstaschen mit freier Formgebung auf den Nutflanken einbringbar. Diese Taschen sind dadurch gekennzeichnet, dass die Übergänge auf der Nutenflanke und hin zum Nutengrund vollständig verrundet sind. Bei Bedarf ist in die Formgebung der Zuntengrund mit einbezogen, so dass auch das Öl hinter dem Ring über die Tasche abgeführt werden kann. Des Weiteren können die Taschen als vollständiger Durchbruch durch den letzten Ringsteg ausgeführt sein. Ein weiteres Merkmal sind die Öltaschen mit freier Formgebung im Bolobereich, sowie die Ölnuten im Bolzenbereich um eine optimale Schmierung des Bolzens zu gewährleisten. Das ECM-Verfahren ermöglicht auch die Schaffung komplexer, dreidimensionaler Freiformflächen am Fertigkolben. Dadurch kann der Kolben bezüglich seiner Funktion speziellen Erfordernissen angepasst werden wie z.B. Optimierung der Kühlungsfunktion, Durchflussoptimierung des Kühlmediums, Gewichtsoptimierung. Dieses wird erreicht durch einen im Vergleich zu den alternativen Fertigungsmöglichkeiten kostengünstigeren und weniger eingeschränkten Prozess. By means of the invention, cooling channels, cooling chambers or oil pockets with local extensions for cooling optimization of the piston can be produced, with all transitions being rounded for the first time. Holes, passages or recesses for supplying or discharging coolant can optionally be curved, out-of-round, oval, oblong hole-shaped. Furthermore, the cross section of an opening or bore can change over its longitudinal extent. Through the process used, all edges are rounded and thus the risk of structural strength compared to the mechanical processing is significantly reduced. The thereby achievable surface structure favors the flow of a coolant, so that this processing is advantageously used to create passages, openings or recesses through which a lubricant or cooling medium flows or is discharged. Similarly, oil drain pockets with free shaping on the groove flanks einbringbar. These pockets are characterized in that the transitions on the groove flank and toward the groove bottom are completely rounded. If necessary, the shape of the Zuntengrund is included, so that the oil behind the ring can be removed through the bag. Furthermore, the pockets can be designed as a complete breakthrough through the last ring land. Another feature is the oil pockets with free shaping in the bolo area, as well as the oil grooves in the bolt area to ensure optimum lubrication of the bolt. The ECM process also allows the creation of complex, three-dimensional freeform surfaces on the finished piston. As a result, the piston can be adapted with respect to its function to specific requirements, such as optimization of the cooling function, flow optimization of the cooling medium, weight optimization. This is achieved by a less expensive and less restricted process compared to the alternative manufacturing possibilities.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die erfindungsgemäße Anwendung des elektro-chemischen Abtragens ermöglicht vorteilhaft eine große Gestaltungsfreiheit hinsichtlich der Ausrichtung, dem Verlauf und der Größe von Freiformflächen, Ausnehmungen oder Konturen. Ein besonderer Vorteil besteht darin, dass keinerlei Einschränkung hinsichtlich der geometrischen Formgebung besteht. Es sind somit dreidimensional gestaltete, geradlinig oder gekrümmt verlaufende Konturen oder Durchtritte mit kreisförmigen oder unrunden Querschnittsprofilen und über ihre Länge variierendem Durchmesser realisierbar. Weiterhin ermöglicht das eingesetzte Verfahren auch die Schaffung von trompetenförmigen, nicht rotationssymmetrischen Bohrungen. Die realisierbare Formgebung wird von der Zustellrichtung der Arbeitskathode (Elektrode) bestimmt, die nach Fertigstellung der geschaffenen Topographie wieder in Gegenrichtung bewegt werden muss. Diese Zustellrichtung kann abhängig von der Elektrodenform, die durch die einzubringende Geometrie bestimmt ist, auch unregelmäßig sein oder kurvenartig verlaufen, wodurch vorteilhaft mit dem eingesetzten Verfahren auch Konturen mit Hinterschnitten herstellbar sind. Further advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims. The inventive use of the electro-chemical removal advantageously allows a great deal of freedom in terms of the orientation, the course and the size of free-form surfaces, recesses or contours. A particular advantage is that there is no restriction on the geometric shape. There are thus three-dimensionally designed, straight or curved extending contours or passages with circular or non-circular cross-sectional profiles and over its length varying diameter feasible. Furthermore, the method used also allows the creation of trumpet-shaped, not rotationally symmetrical holes. The realizable shaping is determined by the feed direction of the working cathode (electrode), which after completion of the created topography has to be moved in the opposite direction again. Depending on the shape of the electrode, which is determined by the geometry to be introduced, this direction of feed can also be irregular or curved, as a result of which contours with undercuts can advantageously be produced by the method used.
Eine Kolbenherstellung, bei der das Elysierverfahren eingesetzt wird zum gezielten Abtrag des Werkstoffs an oder in einem Kolben, erfolgt in folgenden Schritten. Zur Herstellung des Kolbenunterteils und des Kolbenoberteils des gebauten Kolbens oder eines einteiligen Kolbens wird bevorzugt als Urformverfahren ein Schmiedeoder Gießprozess eingesetzt. Anschließend nach Abschluss erforderlicher mechanischer Operationen erfolgt zur Fertigstellung eine Reinigung des Kolbenbauteils von Schmierstoffen und / oder Kühlschmiermitteln, die bei der mechanischen Bearbeitung eingesetzt werden, um zum Beispiel anhaftende Späne zu entfernen. Zur Finish- oder Endbearbeitung einzelner Flächen oder Schaffung von beliebig geometrisch gestalteten Ausnehmungen, Öffnungen oder Konturen wird das Elysierverfahren eingesetzt. Abschließend erfolgt beim gebauten Kolben das Zusammenfügen von Kolbenunterteil und Kolbenoberteil, die über eine Fügezone abgestützt und mittels einer Schweißung stoffschlüssig oder mittels einer Schraubverbindung Kraftschlüssig verbunden werden. Alternativ dazu bietet es sich an, mit dem Elysierverfahren beispielsweise eine Durchtrittsöffnung zwischen dem Kühlraum und einem Kühlkanal nach einem Zusammenfügen des Kolbenunterteils und des Kolbenoberteils, und folglich in dem Fertigteil einzubringen. Das Elysier-Verfahren umfasst folgende Schritte. Zunächst erfolgt ein manuelles oder automatisiertes Einbringen des Kolbens oder des Kolbenbauteils in eine Vorrichtung, in der der Kolben kalibriert, auf eine Nulllage ausgerichtet und fixiert ist. Anschließend erfolgt ein Absenken und Ausrichten der Arbeitskathode auf den zu bearbeitenden Kolbenbereich. Die weiteren Verfahrensschritte sehen das Anlegen einer Spannung bzw. eines Stroms und das Einspülen oder Umspülen der Arbeitskathode mit einem Elektrolytmedium vor, wobei der angelegte Strom bzw. die angelegte Spannung zeitlich über den Prozessverlauf geregelt werden kann. Zur Finishbearbeitung wird die Arbeitskathode beispielsweise entlang einer stetig gekrümmten Zustelllinie an den Kolben oder das Kolbenbauteil zwecks Materialabtrags herangeführt, zur Darstellung der vorbestimmten Geometrie oder Topographie. A piston production, which uses the Elysierverfahren for targeted removal of the material on or in a piston, takes place in the following steps. To produce the piston lower part and the upper piston part of the built piston or a one-piece piston, a forging or casting process is preferably used as the primary molding process. Subsequently, after completing the necessary mechanical operations, the piston component is cleaned of lubricants and / or coolants used in mechanical processing to remove, for example, adhering chips. The Elysier method is used to finish or finish individual surfaces or to create geometrically shaped recesses, openings or contours. Finally, in the assembled piston, the assembly of the lower piston part and the upper piston part takes place, which are supported via a joining zone and connected in a force-fitting manner by means of a weld material fit or by means of a screw connection. Alternatively, it makes sense to use the Elysierverfahren for example, a passage opening between the cooling chamber and a cooling channel after assembly of the piston lower part and the piston upper part, and thus introduce in the finished part. The Elysier process includes the following steps. First, a manual or automated introduction of the piston or the piston component takes place in a device in which the piston is calibrated, aligned to a zero position and fixed. Subsequently, a lowering and aligning of the working cathode is carried out on the piston area to be machined. The further process steps see the creation a voltage or a current and the flushing or flushing of the working cathode with an electrolyte medium, wherein the applied current or the applied voltage can be controlled in time over the course of the process. For finish machining, the working cathode is introduced, for example, along a continuously curved infeed line to the piston or the piston component for the purpose of removal of material, to display the predetermined geometry or topography.
Ein besonderer Vorteil des eingesetzten Elysier- Verfahrens besteht darin, dass dieses für Kolbenbauteile oder den gesamten Kolben unabhängig von dem Herstellverfahren, Schmiede- oder Gießprozess und den verwendeten metallischen Werkstoffen einsetzbar ist. Folglich können Kolbenbauteile aus gleichen oder unterschiedlichen Werkstoffen oder Materialien bearbeitet werden, bei denen z. B. Aluminium und / oder Stahl das Hauptlegierungselement bilden bzw. ein Kolbenteil aus Stahl mit einem weiteren Kolbenteil aus Leichtmetall kombiniert ist. A particular advantage of the Elysier method used is that this is used for piston components or the entire piston regardless of the manufacturing process, forging or casting process and the metallic materials used. Consequently, piston components can be machined from the same or different materials or materials in which z. B. aluminum and / or steel form the main alloy element or a piston part made of steel is combined with another piston part made of light metal.
Bevorzugt kann das elektro-chemische Verfahren zur Erzeugung von einfachen oder komplizierten Freiformflächen an Kolbenbauteilen eingesetzt werden. Ebenso bietet es sich an das Verfahren einzusetzen, um Ausnehmungen, Durchtrittsöffnungen oder Bohrungen zwischen einem Kühlraum und dem Kühlkanal im Kolbenoberteil oder im Kolbenunterteil einzubringen oder die Größe von Kühlräumen zu vergrößern bzw. zu optimieren. Weiterhin können durch Elysieren im Kühlraum oder im Bereich der Bolzenbohrung des Kolbenunterteils Ausnehmungen oder Öltaschen geschaffen werden. Das Elysieren kann außerdem eingesetzt werden für eine Nacharbeit oder eine Endbearbeitung von bereits in einem Kolbenteil eingebrachten Öffnungen, Bohrungen oder Konturen. The electrochemical process can preferably be used to produce simple or complicated free-form surfaces on piston components. Likewise, it lends itself to use the method to introduce recesses, openings or holes between a cooling chamber and the cooling channel in the piston upper part or in the piston lower part or to increase the size of cold storage or to optimize. Furthermore, recesses or oil pockets can be created by Elysieren in the refrigerator or in the region of the pin bore of the piston base. The Elysieren can also be used for a rework or finishing of already introduced in a piston part openings, holes or contours.
Zur Durchführung des Verfahrens eignet sich eine Vorrichtung, in der der Kolben fixiert und die Arbeitskathode in einer Halterung aufgenommen und verschiebbar geführt ist. Zwischen dem als Anode geschalteten Werkstück, dem Kolben und dem Werkzeug, der Arbeitskathode (Elektrode) ist ein Spalt zur Strömung einer Elektrolytlösung vorgesehen. Ein elektrochemisches Abtragen des Werkstoffs erfolgt nach Anlegen einer elektrischen Spannung bzw. Stroms zwischen der Anode und der isolierten, der Formgebung, z.B. der zu schaffenden Ausnehmung angepassten Arbeitskathode. Mittels einer ZuStelleinrichtung wird die Arbeitskathode während des Abtragungsprozesses kontinuierlich nachgeführt. Dazu ist die Arbeitskathode vorteilhaft so in einer Halterung eingesetzt, dass eine kontrollierte, dem Abtrag ungsprozess entsprechende Verstellung erfolgt. Ein Federmittel bewirkt dabei eine federkraftunterstützte Verschiebung der Arbeitskathode. Die Halterung schließt außerdem Öffnungen zum Eintritt und Austritt für die Elektrolytlösung ein. Der Arbeitskathode sind auf der zur Anode gewandten Stirnseite nichtleitende Abstandshalter zugeordnet. Alternativ zu dem Federmittel kann auch ein Linearantrieb oder ein numerisch gesteuerter Antrieb zum Einsatz kommen. To carry out the method, a device is suitable in which the piston is fixed and the working cathode is received in a holder and displaceable is guided. Between the anode connected to the workpiece, the piston and the tool, the working cathode (electrode) is provided a gap for the flow of an electrolyte solution. An electrochemical removal of the material takes place after application of an electrical voltage or current between the anode and the insulated, the shaping, for example, to be created recess working cathode. By means of a ZuStelleinrichtung the working cathode is continuously tracked during the removal process. For this purpose, the working cathode is advantageously used in a holder that a controlled, the removal process takes place corresponding adjustment. A spring means causes a spring-assisted displacement of the working cathode. The holder also includes openings for entry and exit for the electrolyte solution. The working cathode are assigned to the anode facing the end non-conductive spacers. As an alternative to the spring means, a linear drive or a numerically controlled drive can also be used.
Ausführungsbeispiele der Erfindung, auf die diese nicht beschränkt ist, sind nachfolgend beschrieben und anhand der Figuren erläutert. Embodiments of the invention, to which this is not limited, are described below and explained with reference to the figures.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 : ein erstes Ausführungsbeispiel eines Kolbens in einer Schnittdarstellung mit einer erfindungsgemäß hergestellten Durchtrittsöffnung im Kolbenoberteil, 1 shows a first embodiment of a piston in a sectional view with an inventively prepared passage opening in the piston upper part,
Fig. 2: ein zweites Ausführungsbeispiel mit einem erfindungsgemäßen Kühlkanal, 2 shows a second embodiment with a cooling channel according to the invention,
Fig. 3: ein drittes Ausführungsbeispiel mit einem gegenüber Fig. 2 alternativ Fig. 3: a third embodiment with respect to FIG. 2 alternatively
gestalteten Kühlkanal,  designed cooling channel,
Fig. 4: ein viertes Ausführungsbeispiel mit einem erfindungsgemäß gestalteten Kühlraum, Fig. 4: a fourth embodiment with an inventively designed Refrigerator,
Fig. 5: ein fünftes Ausführungsbeispiel mit einer erfindungsgemäß hergestellten Fig. 5: a fifth embodiment with an inventively prepared
Durchtrittsöffnung im Kolbenunterteil,  Passage opening in the piston lower part,
Fig. 5a: in einer Einzelteilzeichnung, die Arbeitskathode zur Schaffung der Fig. 5a: In a single part drawing, the working cathode to create the
Durchtrittsöffnung gemäß Fig. 5,  Passage opening according to FIG. 5,
Fig. 5b: in einer weiteren Ansicht die Arbeitskathode gemäß Fig. 5a, 5b shows a further view of the working cathode according to FIG. 5a, FIG.
Fig. 6: ein sechstes Ausführungsbeispiel mit einem erfindungsgemäßen Kühlkanal, 6 shows a sixth embodiment with a cooling channel according to the invention,
Fig. 7: ein siebtes Ausführungsbeispiel mit zwei unterschiedlich ausgeführten Fig. 7: a seventh embodiment with two differently executed
Durchtrittsöffnungen.  Passage openings.
Die Figur 1 zeigt in einer Schnittdarstellung einen als Kühlkanalkolben ausgebildeten gebauten Kolben 1 , bestehend aus einem Kolbenoberteil 2 und einem Kolbenunterteil 7. Ein Kolbenoberteil 2 des Kolbens 1 wird von einem Kolbenboden 3 abgeschlossen, in dem zentrisch eine Brennraummulde 4 eingebracht ist. Außenseitig wird das Kolbenoberteil 2 von einem Feuersteg 5 sowie einem sich anschließenden Ringfeld 6 umschlossen. An das Kolbenoberteil 2 schließt sich das Kolbenunterteil 7 an, das einen Kolbenschaft 8 bildet, der zur Aufnahme eines in Figur 1 nicht abgebildeten Kolbenbolzens bestimmte, diametral gegenüberliegende Bolzenbohrungen 9 umfasst. Die bevorzugt durch ein Gießverfahren oder durch einen Schmiedeprozess hergestellten Bauteile, das Kolbenoberteil 2 und das Kolbenunterteil 7, sind über eine Fügeebene 10 abgestützt und insbesondere mittels einer Schweißung stoffschlüssig verbunden. Zur Kühlung des Kolbens 1 ist in dem Kolbenoberteil 2 ein radial umlaufender Kühlkanal 11 integriert, der vorzugsweise durch einen lösbaren Gießkern, insbesondere einen Salz- oder Sandkern, hergestellt ist. Zur Abdichtung eines äußeren umlaufenden Ringspaltes 24, der sich zwischen dem Ringfeld 6 und dem Kolbenunterteil 7 einstellt, ist ein aus einem temperaturbeständigen Blechwerkstoff hergestelltes Einlegeteil 25 eingesetzt. Im Betriebszustand wird der Kolben 1 von einem Kühlmittel, insbesondere dem Schmieröl der Brennkraftmaschine, über eine in Figur 1 nicht abgebildete Spritzdüse beaufschlagt. Das Kühlmittel wird dazu in einen zentrischen Kühlraum 13 des Kolbens 1 eingespritzt und gelangt über zumindest eine Durchtrittsöffnung 12 in den Kühlkanal 11. Alternativ dazu kann das Kühlmittel unmittelbar von der Spritzdüse über eine nicht dargestellte Eintrittsöffnung in den Kühlkanal 11 eingespritzt werden. Der Austritt des Kühlmittels aus dem Kühlkanal 11 erfolgt über zumindest eine nicht abgebildete Austrittsöffnung. Durch eine entsprechende Formgebung und Einbaulage verläuft der Kühlkanal 11 zumindest bereichsweise in übereinstimmenden Abständen zu dem Ringfeld 6 und der Brennraummulde 4. Vor einer Fertigstellung des Kolbens 1 , dem Zusammenfügen von dem Kolbenoberteil 2 mit dem Kolbenunterteil 7, kann die gekrümmt verlaufende Durchtrittsöffnung 12 durch ein Elysierverfahren in das Kolbenunterteil 7 eingebracht werden. Dazu ist das Kolbenunterteil 7 in einer Vorrichtung 14 positioniert, die eine Halterung 15 umfasst, in der eine Arbeitskathode 16 verschiebbar geführt ist. Die außenseitig dem Verlauf der Durchtrittsöffnung 12 entsprechend bogenförmig ausgebildete Arbeitskathode 16 ist auf einer mit dem Krümmungsradius der Durchtrittsöffnung 12 übereinstimmend verlaufenden Zustelllinie 17 einstellbar. Zur gleichzeitigen Einbringung von mehreren Durchtrittsöffnungen 12 in das Kolbenunterteil 7 kann die Vorrichtung 14 mit mehreren entsprechend lagepositionierten Arbeitskathoden 16 ausgestattet werden. FIG. 1 shows a sectional view of a piston 1 constructed as a cooling channel piston, comprising a piston upper part 2 and a piston lower part 7. A piston upper part 2 of the piston 1 is closed off by a piston head 3 in which a combustion bowl 4 is centrally inserted. On the outside, the upper piston part 2 is surrounded by a top land 5 and a subsequent ring field 6. The upper piston part 2 is adjoined by the lower piston part 7, which forms a piston shaft 8, which comprises certain diametrically opposite pin bores 9 for receiving a piston pin not shown in FIG. The components which are preferably produced by a casting method or by a forging process, the piston upper part 2 and the piston lower part 7, are supported via a joining plane 10 and connected in a materially bonded manner, in particular by means of a weld. For cooling the piston 1, a radially encircling cooling channel 11 is integrated in the piston upper part 2, which is preferably produced by a detachable casting core, in particular a salt or sand core is. For sealing an outer circumferential annular gap 24, which adjusts between the annular field 6 and the piston lower part 7, a made of a temperature-resistant sheet metal insert 25 is used. In the operating state, the piston 1 is acted upon by a coolant, in particular the lubricating oil of the internal combustion engine, via a spray nozzle, not shown in FIG. The coolant is injected to a central cooling chamber 13 of the piston 1 and passes through at least one passage opening 12 in the cooling channel 11. Alternatively, the coolant can be injected directly from the spray nozzle via a not shown inlet opening into the cooling channel 11. The exit of the coolant from the cooling channel 11 via at least one not shown outlet opening. By a corresponding shaping and installation position of the cooling channel 11 extends at least partially in matching intervals to the ring field 6 and the combustion bowl 4. Before completion of the piston 1, the assembly of the piston upper part 2 with the piston lower part 7, the curved extending passage opening 12 by a Elysierverfahren be introduced into the piston part 7. For this purpose, the lower piston part 7 is positioned in a device 14, which comprises a holder 15, in which a working cathode 16 is displaceably guided. The outside of the course of the passage opening 12 in accordance arcuately shaped working cathode 16 is adjustable on a with the radius of curvature of the passage opening 12 extending infeed line 17. For simultaneous introduction of a plurality of passage openings 12 in the lower piston part 7, the device 14 may be equipped with a plurality of correspondingly positioned working cathodes 16.
Beschreibung des Elysierverfahrens: Im Betriebszustand ist das Werkzeug, die Arbeitskathode 16 der Vorrichtung 14 mit dem Minuspol und das Werkstück, der Kolben 1 , mit dem Pluspol einer Gleichspannungsquelle verbunden. Damit bildet der Kolben 1 die Anode und die Arbeitskathode 16 die Kathode. Durch die in der Vorrichtung 14 bzw. Halterung 15 geführte Arbeitskathode 16 strömt eine Elektrolytlösung, zum Beispiel NaCI-Lösung. Die Elektrolytlösung durchfließt die Arbeitskathode 16 und strömt in Vorschubrichtung durch einen Spalt 19 aus der Stirnseite 18 der Arbeitskathode 16 in Richtung der Durchtrittsöffnung 12 des Kolbens 2 nach außen. In Vorschubrichtung ist die Arbeitskathode 16 von einem Federmittel 20 beaufschlagt. Aufgrund der dissoziierenden Wirkung des Stroms in Verbindung mit der Elektrolytlösung kommt es zu einer Abtragung von kleinen Werkstoffteilchen, die mit der Elektrolytlösung durch den Spalt 19 aus der Durchtrittsöffnung 12 im . Kolben 1 geführt werden. Die Formgebung der Arbeitskathode 16 ist dabei angepasst an den Verlauf sowie die geometrische Formgebung der durch das Elysieren gewünschten Ausnehmung in dem Kolben 1. Alternativ zu dem beschriebenen Verfahren bietet es sich an, das Elysierverfahren auch zu einer größeren lokalen Werkstoffabtragung einzusetzen. Description of the Elysierverfahrens: In the operating state, the tool, the working cathode 16 of the device 14 with the negative pole and the workpiece, the piston 1, connected to the positive pole of a DC voltage source. This forms the Piston 1, the anode and the working cathode 16, the cathode. An electrolytic solution, for example NaCl solution, flows through the working cathode 16 guided in the device 14 or holder 15. The electrolyte solution flows through the working cathode 16 and flows in the feed direction through a gap 19 from the end face 18 of the working cathode 16 in the direction of the passage opening 12 of the piston 2 to the outside. In the feed direction, the working cathode 16 is acted upon by a spring means 20. Due to the dissociating effect of the current in conjunction with the electrolyte solution, there is a removal of small material particles, which with the electrolyte solution through the gap 19 from the passage opening 12 in the. Piston 1 are performed. The shape of the working cathode 16 is adapted to the course and the geometric shape of the desired by the Elysieren recess in the piston 1. As an alternative to the described method, it is appropriate to use the Elysierverfahren also for a larger local material removal.
Die Figuren 2 bis 7 zeigen alternative Ausführungsformen von erfindungsgemäß ausgebildeten Kolben mit unterschiedlich ausgebildeten, durch Elysieren hergestellten Topographien. Dabei gilt, dass Einzelheiten und Bereiche, welche äquivalente Funktionen zu vorab beschriebenen Einzelheiten und Bereiche aufweisen, die gleichen Bezugziffern tragen und nicht nochmals im Detail erläutert sind. FIGS. 2 to 7 show alternative embodiments of pistons designed according to the invention with differently designed topographies produced by elytra. It is understood that details and areas which have equivalent functions to previously described details and areas, the same reference numerals bear and are not explained again in detail.
Figur 2 zeigt in einem Halbschnitt den Kolben 1 , bei dem in das Kolbenoberteil 2 nach dem Herstellungsprozess und vor dem Zusammenfügen mit dem Kolbenunterteil 7 lokale Öltaschen 21 durch das Elysierverfahren eingebracht sind. Die umfangsverteilt im Kühlkanal 11 angeordneten Öltaschen 21 bewirken eine Vergrößerung des Kühlkanals 11 in Richtung des Kolbenbodens 3. Hierzu bietet es sich an, eine oder mehrere Arbeitskathoden mittels einer Vorrichtung gradlinig in den Kühlkanal 11 einzuführen, zwecks Einbringung von konisch sich verjüngenden, endseitig gerundeten Öltaschen 21 , die innerhalb des Kühlkanals 1 1 eine zahnähnliche Struktur bilden. Weiterhin umfasst das Kolbenoberteil 2 in der unteren zum Kolbenschaft 8 zeigenden Nutwandung 23 mehrere durch ein Elysierverfahren hergestellte Ölablaufbohrungen 22. FIG. 2 shows, in a half section, the piston 1, in which local oil pockets 21 are introduced into the upper piston part 2 after the production process and before assembly with the lower piston part 7 by the Elysierverfahren. The circumferentially distributed in the cooling channel 11 arranged oil pockets 21 cause enlargement of the cooling channel 11 in the direction of the piston head 3. For this purpose, it is advisable to introduce one or more working cathodes by means of a device straight into the cooling channel 11, for the purpose of introducing conically tapered, End rounded oil pockets 21, which form a tooth-like structure within the cooling channel 1 1. Furthermore, the piston upper part 2 comprises in the lower groove wall 23 pointing to the piston shaft 8 a plurality of oil drain holes 22 produced by an Elysierverfahren.
Der Kolben 1 gemäß Figur 3 umfasst den Kühlkanal 1 1 , der kolbenbodenseitig ein wellenlinig verlaufendes Profil 26 bildet, das z.B. abweichende Tiefen zwischen einem Maß „x" und „y" aufweist. Weiterhin umfasst der Kolben 1 im Bereich des alternativ zu Fig. 1 abgebildeten Kühlraums 13 zumindest eine durch eine Rippe 28 getrennte wannenförmig gestaltete Ausnehmung 27. Zur Darstellung des Profils 26 und der Ausnehmung 27, die vor dem Zusammenfügen in das Kolbenoberteil 2 eingebracht werden, wird ebenfalls ein Elysierverfahren eingesetzt. The piston 1 according to Figure 3 comprises the cooling channel 1 1, the piston bottom side forms a corrugated running profile 26, which, for example. has different depths between a measure "x" and "y". Furthermore, in the region of the cooling space 13 illustrated as an alternative to FIG. 1, the piston 1 comprises at least one trough-shaped recess 27 separated by a rib 28. To illustrate the profile 26 and the recess 27, which are introduced into the piston upper part 2 prior to assembly, becomes also used an Elysierverfahren.
Die Figur 4 zeigt den Kolben 1 mit einer konisch sich verjüngenden und bogenförmig verlaufenden Durchtrittsöffnung 29 zwischen dem Kühlraum 13 und dem Kühlkanal 1 1 im Bereich des Kolbenoberteils 2. In der zur Brennraummulde 4 gerichteten Wandung des Kühlraums 13 sind von Rippen 30, 31 begrenzte Ausnehmungen 32 eingebracht. Weiterhin schließt das Kolbenunterteil 7 in Richtung der Bolzenbohrung 9 verlaufende Öltaschen 33a, 33b ein. 4 shows the piston 1 with a conically tapered and arcuate passage opening 29 between the cooling chamber 13 and the cooling channel 1 1 in the region of the piston upper part 2. In the direction of the combustion bowl 4 wall of the cooling chamber 13 are of ribs 30, 31 limited recesses 32 introduced. Furthermore, the lower piston part 7 includes in the direction of the pin bore 9 extending oil pockets 33a, 33b.
Gemäß Figur 5 ist in dem Kolbenunterteil 7 eine von dem Kühlkanal 1 1 zum Kühlraum 13 ansteigend verlaufende Durchtrittsöffnung 34 vorgesehen. Die Zustelllinie 36 verdeutlicht die Zustellung der Arbeitskathode 35 zur Herstellung der Zuströmleitung 34. Die Figuren 5a, 5b zeigen die Arbeitskathode 35, die entsprechend dem Verlauf der geometrischen Formgebung der Durchtrittsöffnung 34 gestaltet ist. Die trompetenförmig gestaltete Arbeitskathode 35 bildet ein stehend oval ausgerichtetes Querschnittsprofil, das sich von einem größten Durchmesser„x" zu einem Kleinstdurchmesser „y" verjüngt. Entsprechend stehen die umhüllenden Randkurven der Arbeitskathode 35 in einer Beziehung, wonach Ai < A2 ^ A3 ausgelegt ist. According to FIG. 5, a through-opening 34 extending from the cooling channel 11 to the cooling space 13 is provided in the piston lower part 7. The delivery line 36 illustrates the delivery of the working cathode 35 for producing the inflow line 34. Figures 5a, 5b show the working cathode 35, which is designed according to the course of the geometric shape of the passage opening 34. The trumpet-shaped working cathode 35 forms a standing oval-shaped cross-sectional profile, which tapers from a largest diameter "x" to a small diameter "y". Accordingly, the enveloping edge curves of the working cathode 35 are related, according to which Ai <A 2 ^ A 3 is designed.
Eine weitere Anwendung des Elysierverfahrens zur Schaffung von gezielten Ausnehmungen im Kolben 1 zeigt die Figur 6. Danach ist der Kühlkanal 11 mit bogenförmig in Richtung des Kolbenbodens 3 verlaufenden, zueinander versetzt angeordneten Öltaschen 37 versehen. Die zur Schaffung der Öltasche 37 eingesetzte Arbeitskathode 38 wird auf einer entsprechend bogenförmig verlaufenden Zustelllinie 39 geführt. Das Kolben unterteil 7 des Kolbens 1 schließt weiterhin durch ein Elysierverfahren eingebrachte wannenförmige Ausnehmungen 40 ein, die durch eine Rippe 41 getrennt sind. A further application of the Elysierverfahrens to create targeted recesses in the piston 1 is shown in FIG 6. Thereafter, the cooling channel 11 is provided with arcuately extending in the direction of the piston crown 3, mutually offset oil pockets 37 are provided. The working cathode 38 used to create the oil pocket 37 is guided on a correspondingly curved delivery line 39. The piston bottom part 7 of the piston 1 further includes trough-shaped recesses 40 introduced by an Elysierverfahren, which are separated by a rib 41.
Die Figur 7 zeigt Öffnungen und Bohrungen, die nach dem Zusammenfügen vom Kolbenoberteil 2 und Kolbenunterteil 7 durch ein Elysierverfahren am fertigen Kolben 1 hergestellt werden. Zwischen einem Kolbeninnenraum 42 und dem Kühlkanal 11 ist zum einen eine bogenförmig und konisch verlaufende Durchtrittsöffnung 43 vorgesehen. Die gegenüberliegend zur Durchtrittsöffnung 43 eingebrachte Durchtrittsöffnung 44 zeigt eine alternative Gestaltung. Der Verlauf dieser Durchtrittsöffnungen 43,44 erfolgt unter Beachtung einer möglichen Zustellung der eingesetzten Arbeitskathoden, die durch die zugehörigen bogenförmig verlaufenden Zustelllinien 45, 46 gekennzeichnet sind. Außerdem sind an dem fertigen Kolben 1 im Bereich des Ringfeldes 6 die Ölablaufbohrungen 22 in der Nutwandung 23 durch das Elysierverfahren eingebracht. Auflistung der Bezugszeichen Kolben FIG. 7 shows openings and bores which, after assembly, are produced by the piston upper part 2 and piston bottom part 7 by an elliptical method on the finished piston 1. Between a piston interior 42 and the cooling channel 11, on the one hand, an arcuate and conically extending passage opening 43 is provided. The opposite to the passage opening 43 introduced passage opening 44 shows an alternative design. The course of these passage openings 43,44 takes place in consideration of a possible delivery of the working cathodes used, which are characterized by the associated arcuate delivery lines 45, 46. In addition, the oil drain holes 22 in the groove wall 23 are introduced by the Elysierverfahren to the finished piston 1 in the region of the ring field 6. List of reference signs piston
Kolbenoberteil Piston crown
Kolbenboden piston crown
Brennraummulde Combustion bowl
Feuersteg top land
Ringfeld ring box
Kolbenunterteil Piston part
Kolbenschaft piston shaft
Bolzenbohrung pin bore
Fügeebene joining plane
Kühlkanal cooling channel
Durchtrittsöffnung Through opening
Kühlraum refrigerator
Vorrichtung contraption
Halterung bracket
Arbeitskathode working cathode
Zustelllinie Zustelllinie
Stirnseite front
Spalt gap
Federmittel  spring means
Öltasche  oil pocket
Ölablaufbohrung  Oil drain hole
Nutwandung  groove wall
Ringspalt  annular gap
Einlegeteil  insert
Profil  profile
Ausnehmung Rippe recess rib
Durchtrittsöffnung Rippe  Passage opening rib
Rippe  rib
Ausnehmunga Öltascheb Öltasche  Ausnehmunga oil pocket oil bag
Durchtrittsöffnung Arbeitskathode Zustelllinie Öltasche  Passage working cathode delivery line oil pocket
Arbeitskathode Zustelllinie Ausnehmung Rippe  Working cathode infeed line recess rib
Kolbeninnenraum Durchtrittsöffnung Durchtrittsöffnung Zustelllinie Zustelllinie  Piston interior Passage opening Passage opening Delivery line Delivery line

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Bearbeitung eines einteiligen oder eines gebauten, flüssigkeitsgekühlten Kolbens (1) einer Brennkraftmaschine, der ein Kolbenoberteil (2) und ein Kolbenunterteil (7) umfasst, wobei zur Herstellung einer Durchtrittsöffnung (12) oder Bohrung des Kolbens (1) ein elektrochemisches Verfahren, ein Elysieren vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass nach der jeweiligen Fertigstellung des Kolbenoberteils (2), des Kolben Unterteils (7) oder des Kolbens (1) ein gezielter Materialabtrag durch Elysieren erfolgt, zur Schaffung von einer beliebig geometrisch gestalteten Topographie ausgeführt als Durchtrittsöffnung (12, 29, 34, 43, 44), Ölablaufbohrung (22), Ausnehmung (27, 32, 40) oder Öltasche (21 , 33a, 33b, 37) in Kühlbereichen oder Nichtkühlbereichen in oder an dem Kolben. 1. A method for processing a one-piece or a built, liquid-cooled piston (1) of an internal combustion engine comprising a piston upper part (2) and a piston lower part (7), wherein for producing a passage opening (12) or bore of the piston (1) an electrochemical Method, a Elysieren is provided, characterized in that after the respective completion of the piston upper part (2), the piston lower part (7) or the piston (1) a targeted removal of material by Elysieren carried out to create an arbitrarily geometrically designed topography as Through opening (12, 29, 34, 43, 44), oil drain hole (22), recess (27, 32, 40) or oil pocket (21, 33a, 33b, 37) in cooling or non-cooling areas in or on the piston.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzprozess, das Elysieren, die Schaffung von beliebig gestalteten Freiformflächen oder Konturen mit zumindest einer Durchtrittsöffnung (12, 29, 34, 43, 44), Ölablaufbohrung (22), Ausnehmung (27, 32, 40) oder einer Öltasche (21 , 33a, 33b, 37) mit dreidimensionaler Formgebung mit und ohne Hinterschnitt ermöglicht. 2. The method according to claim 1, characterized in that the additional process, the Elysieren, the creation of arbitrarily shaped free-form surfaces or contours with at least one passage opening (12, 29, 34, 43, 44), oil drain hole (22), recess (27, 32, 40) or an oil pocket (21, 33a, 33b, 37) with three-dimensional shaping with and without undercut allows.
3. Verfahren zum Materialabtrag von lokalen Bereichen des Kolbens (1) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitung in folgenden Schritten erfolgt: 3. A method for material removal of local areas of the piston (1) according to claim 1 or claim 2, characterized in that the processing takes place in the following steps:
Herstellen eines Kolbenunterteils (2) und Kolbenoberteils (7) des Kolbens (1) durch ein Urformverfahren wie ein Schmiede- oder Gießprozess,  Producing a piston lower part (2) and upper piston part (7) of the piston (1) by a primary molding method such as a forging or casting process,
Fertigstellung des Kolbenunterteils (7) und des Kolbenoberteils (2) durch mechanische Operationen, Completion of the piston lower part (7) and the piston upper part (2) through mechanical operations,
Reinigung der Kolbenbauteile von Kühlschmiermittel und/oder Schmierstoffen und anhaftenden Spänen,  Cleaning the piston components of cooling lubricants and / or lubricants and adhering chips,
Endbearbeitung durch Elysieren zur Schaffung von beliebig geometrisch gestalteten Flächen oder Konturen wie Durchtrittsöffnung (12, 29, 34, 43, 44), Ölablaufbohrung (22), Ausnehmung (27, 32, 40) oder Öltasche (21 , 33a, 33b, 37),  Finishing by Elysieren to create any geometrically shaped surfaces or contours such as passage opening (12, 29, 34, 43, 44), oil drain hole (22), recess (27, 32, 40) or oil pocket (21, 33a, 33b, 37) .
Zusammenfügen des Kolbenunterteils (7) und des Kolbenoberteils (2) mittels einer stoffschlüssigen Verbindung.  Assembling the piston lower part (7) and the upper piston part (2) by means of a material connection.
4. Verfahren zum Materialabtrag von lokalen Bereichen des Kolbens (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Elysieren folgende Schritte umfasst: 4. A method for removing material from local areas of the piston (1) according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the Elysieren comprises the following steps:
manuelles oder automatisiertes Einbringen des Kolbens (1) oder eines Kolbenbauteils in eine Vorrichtung (14) und Ausrichten auf eine Nulllage und Spannen des Kolbens (1) oder des Kolbenbauteils,  manually or automatically introducing the piston (1) or a piston component into a device (14) and aligning it to a zero position and tensioning the piston (1) or the piston component,
Einstellung und Kalibrierung zumindest einer in einer Halterung (15) der Vorrichtung (14) geführten Arbeitskathode (16),  Setting and calibrating at least one working cathode (16) guided in a holder (15) of the device (14),
Absenken und Ausrichten der Arbeitskathode (16) auf dem zu bearbeitenden Kolbenbereich,  Lowering and aligning the working cathode (16) on the piston area to be machined,
Anlegen einer Spannung bzw. eine Stroms und Einspülen oder Umspülen der Arbeitskathode (16) mit einem Elektrolytmedium, wobei der angelegte Strom bzw. die angelegte Spannung zeitlich über den Prozessverlauf geregelt werden kann,  Applying a voltage or a current and flushing or flushing the working cathode (16) with an electrolyte medium, wherein the applied current or the applied voltage can be regulated over time over the course of the process,
- Finishbearbeitung, indem die Arbeitskathode (16) auf einer ZustelllinieFinish machining by placing the working cathode (16) on a delivery line
(17, 36, 39, 45, 46) geführt, einen Materialabtrag vornimmt, wobei die Formgebung der Arbeitskathode (16) an die zu schaffende Kontur angepasst ist. (17, 36, 39, 45, 46) out, undertakes a removal of material, wherein the shape of the working cathode (16) is adapted to the contour to be created.
5. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenbauteile aus gleichen oder unterschiedlichen Materialien bestehen und das Elysieren unabhängig vom Werkstoff und vom Herstellungsverfahren des Kolbenunterteils (7) und des Kolbenoberteils (2) wie Schmieden oder Gießen eingesetzt werden kann. 5. The method according to at least one of claims 1 to 4, characterized characterized in that the piston components consist of the same or different materials and the Elysieren regardless of the material and the manufacturing process of the piston lower part (7) and the piston upper part (2) can be used as forging or casting.
6. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Kolbenoberteil (2) oder im Kolbenunterteil (7) zumindest eine Durchtrittsöffnung (12,29,34,43,44) zwischen einem Kühlraum (13) oder Kolbeninnenraum (42) und dem Kühlkanal (11) durch das Elysieren eingebracht wird. 6. The method according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that in the piston upper part (2) or in the piston lower part (7) at least one passage opening (12,29,34,43,44) between a cooling space (13) or piston interior ( 42) and the cooling channel (11) is introduced by the Elysieren.
7. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur lokalen Vergrößerung des Kühlkanals (11) brennraummuldenseitig Öltaschen (21 , 37) eingebracht sind, die ein zahnprofilähnliches oder ein wellenförmiges Profil (26) bilden. 7. The method according to at least one of claims 1 to 6, characterized in that for local enlargement of the cooling channel (11) on the combustion bowl side oil pockets (21, 37) are introduced, which form a tooth profile-like or a wave-shaped profile (26).
8. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Elysieren in dem Kühlraum (13) brennraummuldenseitig durch Stege (30, 31) getrennte Ausnehmungen (32) eingebracht werden. 8. The method according to at least one of claims 1 to 7, characterized in that by the Elysieren in the cooling chamber (13) on the combustion bowl side by webs (30, 31) separate recesses (32) are introduced.
9. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich einer Bolzenbohrung (9) des Kolbenunterteils (7) zumindest eine Öltasche (33a, 33b) oder eine Ausnehmung (40) eingebracht ist. 9. The method according to at least one of claims 1 to 8, characterized in that in the region of a pin bore (9) of the piston lower part (7) at least one oil pocket (33a, 33b) or a recess (40) is introduced.
10. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine im Kolben (1) bestehende Durchtrittsöffnung (12,29,34,43,44), Ölablaufbohrung (22), Ausnehmung (27,32,40), Öltasche (21 ,33a,33b,37), Öffnung, Bohrung oder Ausnehmung durch das Elysieren nachgearbeitet wird. 10. The method according to at least one of claims 1 to 9, characterized in that in the piston (1) existing passage opening (12,29,34,43,44), oil drain hole (22), recess (27,32,40), Oil bag (21, 33a, 33b, 37), opening, hole or recess is reworked by the Elysieren.
11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (1) an der Vorrichtung (14) fixiert ist, in der die Arbeitskathode (16) in einer Halterung (15) aufgenommen und verschiebbar geführt ist und zwischen dem als Anode geschalteten Werkstück, dem Kolben (1) und dem Werkzeug, der Arbeitskathode (16) oder Elektrode ein Spalt (19) zur Strömung einer Elektrolytlösung vorgesehen ist und eine ZuStelleinrichtung die Arbeitskathode (16) dem Abtragungsprozess entsprechend kontinuierlich verstellt. 11. A device for carrying out the method according to claim 1, characterized in that the piston (1) on the device (14) is fixed, in which the working cathode (16) is received in a holder (15) and slidably guided and between the An anode connected to the workpiece, the piston (1) and the tool, the working cathode (16) or electrode, a gap (19) for the flow of an electrolyte solution is provided and a supply device, the working cathode (16) adjusted according to the removal process continuously.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitskathode (16) in der Halterung (15) kontrolliert, dem Abtragungsprozess entsprechend verstellbar ist, wobei ein Federmittel (20) eine federkraftunterstützte Verschiebung der Arbeitskathode (16) bewirkt. 12. The apparatus according to claim 11, characterized in that the working cathode (16) in the holder (15) controls the Abtragungsprozess is adjusted accordingly, wherein a spring means (20) causes a spring-assisted displacement of the working cathode (16).
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der Halterung (15) Öffnungen zum Eintritt und Austritt für die Elektrolytlösung vorgesehen sind. 13. The apparatus of claim 11 or claim 12, characterized in that in the holder (15) openings for entry and exit are provided for the electrolyte solution.
14. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 10 bis 1 , dadurch gekennzeichnet, dass auf der zur Anode, dem Kolben (1) zugewandten Stirnseite der Arbeitskathode (16) nichtleitende Abstandshalter angeordnet sind. 14. The device according to at least one of claims 10 to 1, characterized in that on the anode, the piston (1) facing the end face of the working cathode (16) non-conductive spacers are arranged.
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