EP2718056A1

EP2718056A1 - Verfahren zur gleichzeitigen herstellung eines ersten und zweiten kolbenteils

Info

Publication number: EP2718056A1
Application number: EP12725403.5A
Authority: EP
Inventors: Klaus Keller; Rainer Scharp
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2011-06-07
Filing date: 2012-06-01
Publication date: 2014-04-16
Also published as: DE102011077088A1; US9656320B2; BR112013031229A2; US20130092024A1; CN103582541A; WO2012168150A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schmiedevorrichtung (1) zur gleichzeitigen Herstellung eines ersten Kolbenteils (2) und/oder eines zweiten Kolbenteils (3), mittels einer ein Obergesenk (4), mindestens ein Zwischengesenk (5) und ein Untergesenk (6) aufweisenden Schmiedevorrichtung (1), bei dem -ein erster Knüppel (2') zwischen das Obergesenk (4) und das Zwischengesenk (5) und ein zweiter Knüppel (3') zwischen das Zwischengesenk (5) und das Untergesenk (6) eingesetzt werden, -das Obergesenk (4) und das Untergesenk (6) aufeinander zu bewegt werden, wodurch aus dem ersten Knüppel (2') das erste Kolbenteil (2) und gleichzeitig aus dem zweiten Knüppel (3') das zweite Kolbenteil (3) geschmiedet wird, -das Obergesenk (4) und das Untergesenk (6) auseinander gefahren und die Kolbenteile (2, 3) entnommen werden. Hierdurch lässt sich der Kolben vergleichsweise kostengünstig herstellen.

Description

Verfahren zur gleichzeitigen Herstellung eines ersten und zweiten

Kolbenteils

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur gleichzeitigen Herstellung eines ersten Kolbenteils und eines zweiten Kolbenteils. Die Erfindung betrifft außerdem eine Schmiedevorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie einen, nach diesem Verfahren hergestellten Kolben.

Aus der DE 974 022 ist ein Verfahren zum gleichzeitigen Herstellen von zwei aus je einem Schaft und einem Boden bestehenden Topfkolben mit in mehreren aufeinanderfolgenden Stufen mechanisch fein zu bearbeitenden Außenflächen bekannt, wobei von einem die beiden Topfkolben mit den Bearbeitungszugaben in achsgleicher Anordnung und mit den Bodenteilen in der Mitte enthaltenden Guss- oder Pressstück ausgegangen wird, das an beiden Schäften gleichzeitig bearbeitet und z.B. durch Abstechen oder Trennschleifen in die beiden

Topfkolben getrennt wird. Das Trennen erfolgt dabei erst nach der

Fertigbearbeitung.

Aus der US 2008/0127818 A1 ist ein weiteres Verfahren zur Herstellung von Kolben für Brennkraftmaschinen bekannt.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, ein Verfahren zur gleichzeitigen Herstellung zweier Kolbenteile anzugeben, mittels welchem bekannte Kolben, insbesondere gebaute Kolben, kostengünstig und schneller hergestellt werden können. Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich weiter mit dem Problem, eine Schmiedevorrichtung anzugeben, mittels welcher Kolben günstiger und schneller hergestellt, das heißt in vorliegendem Fall geschmiedet werden können. Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der

unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind

Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen Kolben, bestehend üblicherweise aus einem Kolbenoberteil und einem Kolbenunterteil fertigungstechnisch einfach und schnell herstellen zu können, indem beide Kolbenteile gleichzeitig geschmiedet und dadurch hergestellt werden. Es werden somit die beiden Kolbenteile, vorzugsweise ein Kolbenoberteil und ein

zugehöriges Kolbenunterteil, in einem einzigen Schmiedevorgang zeitgleich hergestellt, wobei ein erster Knüppel, das heißt beispielsweise in Stahlhalbzeug, zwischen einem Obergesenk und einem Zwischengesenk einer entsprechende Schmiedevorrichtung eingesetzt wird, wogegen ein zweiter Knüppel zwischen das Zwischengesenk und ein zugehöriges Untergesenk eingesetzt wird.

Anschließend werden das Obergesenk und das Untergesenk aufeinander zu bewegt, wodurch aus dem ersten Knüppel das erste Kolbenteil, vorzugsweise ein Kolbenoberteil und gleichzeitig aus dem zweiten Knüppel das zweite Kolbenteil, vorzugsweise das dazu gehörende Kolbenunterteil, geschmiedet werden.

Anschließend werden das Ober- und Untergesenk auseinander gefahren und die beiden Kolbenteile entnommen. Dabei ist selbstverständlich klar, dass das erste und das zweite Kolbenteil zusammen einen Kolben ergeben können oder dass die beiden Kolbenteile baugleich ausgebildet sind, beispielsweise als zwei Kolbenoberteile oder zwei Kolbenunterteile. Im Vergleich zu bisher angewandten Gesenkschmiedeverfahren kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Taktzeit halbiert werden, da durch das erfindungsgemäße Zwischengesenk zwei Schmiedeteile, das heißt zwei Kolbenteile, zeitgleich geschmiedet werden können. Zum Schmieden selbst kann dabei sowohl das Obergesenk als auch das Untergesenk verfahrbar sein, so dass beispielsweise das Zwischengesenk fixiert ist, denkbar ist aber selbstverständlich auch, dass nur das Ober- oder das Untergesenk verfahrbar ist, wobei bei allen dargestellten Varianten das gleichzeitige Schmieden zweier Kolbenteile schnell und einfach möglich ist.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Zwischengesenk mittels einer Federvorrichtung während des Schmiedens in Position gehalten. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass während des schnellen und kraftaufwändigen Schmiedevorgangs das Zwischengesenk in seiner vordefinierten Lage gehalten wird, wobei die Federvorrichtung

beispielsweise kleine Toleranzen auszugleichen vermag. Selbstverständlich ist auch denkbar, dass das Zwischengesenk an sich fest fixiert ist, so dass das Obergesenk von oben und das Untergesenk von unten auf das Zwischengesenk gefahren werden.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, ist nicht nur ein Zwischengesenk vorhanden, sondern es sind zumindest zwei Zwischengesenke vorhanden, so dass während eines einzigen Schmiedevorgangs nicht nur zwei Kolbenteile, sondern beispielsweise drei oder mehr Kolbenteile gleichzeitig hergestellt werden können. Denkbar ist hierbei insbesondere das gleichzeitige Herstellen von einem Kolbenoberteil, einem Kolbenunterteil sowie einem Zwischenkolbenteil mit entsprechenden

Kühlkanalstrukturen, die zwischen dem Kolbenoberteil und dem Kolbenunterteil angeordnet sind.

Generell ist dabei denkbar, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren unterschiedlichste Arten von Kolben fertigungstechnisch einfach und zugleich mit geringer Taktzeit hergestellt werden können, wobei die einzelnen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kolbenteile selbstverständlich weiteren Bearbeitungsschritten, wie beispielsweise einem Drehen, unterzogen werden können. In einem sich daran anschließenden Fertigungsschritt werden die Kolbenteile anschließend zu einem Kolben zusammengefügt, beispielsweise über eine Reibschweißverbindung miteinander verbunden.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen

Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.

Dabei zeigen, jeweils schematisch,

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Schmiedevorrichtung mit einem Obergesenk, einem Zwischengesenk und einem Untergesenk in der linken Darstellung in geöffneter Stellung und in der rechten Darstellung in geschlossener Stellung zur Herstellung eines Kolbenoberteils und eines Kolbenunterteils, eine Darstellung wie in Fig. 1 , jedoch mit baugleichem Ober- und Untergesenk zur Herstellung zweier baugleicher Kolbenunterteile. Entsprechend den Fig. 1 und 2, weist eine erfindungsgemäße

Schnniedevorrichtung 1 zur zeitgleichen Herstellung eines ersten Kolbenteils 2, beispielsweise eines Kolbenoberteils, und eines zweiten Kolbenteils 3, beispielsweise eines Kolbenunterteils, ein Obergesenk 4, ein Zwischengesenk 5 sowie in Untergesenk 6 auf. Dabei ist lediglich ein einziges Zwischengesenk 5 vorgesehen, wobei selbstverständlich denkbar ist, dass mehrere zwischen dem jeweiligen Obergesenk 4 und dem zugehörigen Untergesenk 6 angeordnete Zwischengesenke 5 vorgesehen sein können. Gemäß der Fig. 1 ist dabei das Obergesenk 4 anders ausgebildet als das Untergesenk 5 wogegen gemäß der Fig. 2 das Obergesenk 4 und das Untergesenk 6 baugleich ausgebildet und lediglich um 180° verdreht zueinander angeordnet sind. Zur Fixierung des Zwischengesenks 5 während des Schmiedevorgangs kann beispielsweise eine Federvorrichtung 7 vorgesehen sein, die gemäß den Fig. 1 und 2 mit lediglich schematisch darstellten Spiralfedern gezeichnet ist. Zum Schmieden des ersten und zweiten Kolbenteils 2, 3 kann ausschließlich das Obergesenk 4 oder das Untergesenk 6 bewegt werden oder aber beide Gesenke 4, 6.

Die beiden Kolbenteile 2, 3 werden dabei gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt, bei welchem die erfindungsgemäße Schmiedevorrichtung 1 zum Einsatz kommt. Bei dem Verfahren werden zunächst das Obergesenk 4 und das Untergesenk 6 auseinander gefahren, so dass zwischen diesen und dem dazwischen angeordneten Zwischengesenk 5 Freiräume entstehen.

Anschließend wird ein erster Knüppel 2', beispielsweise ein Stahl- oder

Aluminiumhalbzeug zwischen das Obergesenk 4 und das Zwischengesenk 5 eingelegt bzw. eingesetzt sowie ein zweiter Knüppel 3' zwischen das

Zwischengesenk 5 und das Untergesenk 6. Danach werden das Obergesenk 4 und das Untergesenk 6 aufeinander zu bewegt, wodurch aus dem ersten

Knüppel 2' das erste Kolbenteil 2, also beispielsweise das Kolbenoberteil, und aus dem zweiten Knüppel 3' das zweite Kolbenteil 3, das heißt beispielsweise das Kolbenunterteil, geschmiedet werden. Anschließend wird das Obergesenk 4 und das Untergesenk 6 auseinander gefahren und die Kolbenteile 2, 3 können entnommen werden.

Mit der erfindungsgemäßen Schmiedevorrichtung 1 und insbesondere auch mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden in einem einzigen Arbeitsschritt zwei getrennte Kolbenteile 2, 3 geschmiedet, die jeweils beidseitig vor- bzw. fertig geformt sein können. Wie dabei der Fig. 1 zu entnehmen ist, können das erste und das zweite Kolbenteil 2, 3 eine unterschiedliche Ausgestaltung haben, oder aber baugleich sein, wie dies beispielsweise gemäß der Fig. 2 dargestellt ist. Das erfindungsgemäße Verfahren kann dabei als sogenanntes„Doppelschmieden mit Zwischengesenk" bezeichnet werden.

Nach dem Entnehmen der beiden vor- bzw. fertiggeformten Kolbenteile 2, 3 aus der Schmiedevorrichtung 1 können diese selbstverständlich noch weiter bearbeitet werden, das heißt beispielsweise einem weiteren Fertigungsschritt unterzogen werden, insbesondere können sie gedreht oder geschliffen werden. Anschließend werden die beiden Kolbenteile 2, 3, sofern es sich hierbei um ein Kolbenoberteil ein zugehöriges Kolbenunterteil handelt, miteinander verbunden, insbesondere miteinander verschweißt.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der zugehörigen erfindungsgemäßen Schmiedevorrichtung 1 kann die Herstellung von Kolbenteilen 2, 3 und damit auch des Kolbens an sich deutlich rationalisiert und dadurch deutlich schneller und zugleich kostengünstiger gestaltet werden.

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Claims

Ansprüche

1 . Verfahren zur gleichzeitigen Herstellung eines ersten Kolbenteils (2) und/oder eines zweiten Kolbenteils (3), mittels einer ein Obergesenk (4), mindestens ein Zwischengesenk (5) und ein Untergesenk (6) aufweisenden Schmiedevorrichtung (1 ), bei dem

- ein erster Knüppel (2') zwischen das Obergesenk (4) und das Zwischengesenk (5) und ein zweiter Knüppel (3') zwischen das Zwischengesenk (5) und das Untergesenk (6) eingesetzt werden,

- das Obergesenk (4) und das Untergesenk (6) aufeinander zu bewegt werden, wodurch aus dem ersten Knüppel (2') das erste Kolbenteil (2) und gleichzeitig aus dem zweiten Knüppel (3') das zweite Kolbenteil (3) geschmiedet wird,

- das Obergesenk (4) und das Untergesenk (6) auseinander gefahren und die Kolbenteile (2,3) entnommen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet,

- dass das erste Kolbenteil (2) als Kolbenoberteil oder als Kolbenunterteil ausgebildet ist, und/oder

- dass das zweite Kolbenteil (3) als Kolbenoberteil oder als Kolbenunterteil ausgebildet ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischengesenk (5) mittels einer Federvorrichtung (7) während des Schmiedens in Position gehalten wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet,

- dass ausschließlich das Obergesenk (4) oder das Untergesenk (6) bewegt wird, oder

- dass sowohl das Obergesenk (4) als auch das Untergesenk (6) bewegt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet,

dass die geschmiedeten Kolbenteile (2,3) anschließend einem weiteren Fertigungsschritt, beispielsweise einem Drehen, Fräsen oder Schleifen, unterzogen werden.

6. Schmiedevorrichtung (1 ) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Schmiedevorrichtung (1 ) ein Obergesenk (4), mindestens ein

Zwischengesenk (5) und ein Untergesenk (6) aufweist.

7. Schmiedevorrichtung nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet,

dass eine Federvorrichtung (7) zum Halten des wenigstens einen

Zwischengesenks (5) während des Schmiedens vorgesehen ist.

8. Schmiedevorrichtung nach Anspruch 6 oder 7,

dadurch gekennzeichnet, - dass ausschließlich das Obergesenk (4) oder das Untergesenk (6) bewegbar ist, oder

- dass sowohl das Obergesenk (4) als auch das Untergesenk (6) bewegbar sind.

9. Ein aus einem ersten Kolbenteil (2), beispielsweise einem Kolbenoberteil, und einem zweiten Kolbenteil (3), beispielsweise einem Kolbenunterteil, bestehender Kolben, hergestellt nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5.