EP2888466A1 - Fügeverbindung an einem zweiteiligen stahlkolben und fügeverfahren - Google Patents

Fügeverbindung an einem zweiteiligen stahlkolben und fügeverfahren

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Publication number
EP2888466A1
EP2888466A1 EP13752639.8A EP13752639A EP2888466A1 EP 2888466 A1 EP2888466 A1 EP 2888466A1 EP 13752639 A EP13752639 A EP 13752639A EP 2888466 A1 EP2888466 A1 EP 2888466A1
Authority
EP
European Patent Office
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piston
joining process
joining
wall
support
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13752639.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Eberhard Weiss
Emmerich Ottliczky
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 EP2888466A1 publication Critical patent/EP2888466A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J1/00—Pistons; Trunk pistons; Plungers
    • F16J1/005—Pistons; Trunk pistons; Plungers obtained by assembling several pieces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F3/0015—Multi-part pistons
    • F02F3/003—Multi-part pistons the parts being connected by casting, brazing, welding or clamping
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F3/16—Pistons  having cooling means
    • F02F3/20—Pistons  having cooling means the means being a fluid flowing through or along piston
    • F02F3/22—Pistons  having cooling means the means being a fluid flowing through or along piston the fluid being liquid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J1/00—Pistons; Trunk pistons; Plungers
    • F16J1/01—Pistons; Trunk pistons; Plungers characterised by the use of particular materials

Definitions

  • the invention relates to a piston for an internal combustion engine and to a method for producing a piston for an internal combustion engine, according to the features of the respective preamble of the independent claims.
  • pistons for internal combustion engines consist of at least two parts. These two parts are on the one hand a Ringteii, u.a. forms the top land and at least one, preferably comprises two or more annular grooves, and a base part, which forms the Kolbenbotzenbohrung, the piston hubs, the piston skirt and the like in a conventional manner. These two parts are assembled in a suitable form. The ring element and the base part are designed so that after their assembly, a cooling channel is formed.
  • the piston may include a combustion bowl.
  • DE 10 2010 056 220 A1 discloses a welded connection for the production of a piston from at least two individual parts. However, the correct position mounting the piston parts is very expensive here, as a positioning missing.
  • the invention is therefore based on the object to provide a piston of an internal combustion engine, in particular a cooling channel piston, which can be made simple, but at the same time with high precision, without complex post-processing are required after joining the two components.
  • the two components ring element and base part, also called lower part
  • a joint connection in particular a cohesive joint connection, such as soldering or welding
  • the present invention relates to a piston, in particular a cooling channel piston for an internal combustion engine, comprising a piston lower part and a piston upper part, which are connected in a joining process to form a piston, wherein the piston upper part has at least one annular field and an inner wall, wherein according to the invention it is provided that the piston lower part radially encircling inclined surface on the piston upper part facing the end, which causes a centering cooperating with the inner wall of the piston upper part in the joining process of the piston parts.
  • the piston upper part can be designed so that it includes the later ring field and the later Muldenrand Scheme.
  • This piston upper part is designed in an annular manner with an inverted U-shaped profile with different leg lengths.
  • the outer longer leg later forms the ring field.
  • the later bowl edge area is formed by the shorter inner leg.
  • the invention provides that the lower piston part has at least one sliding surface, which cooperates in the joining process with the inner wall of the piston upper part.
  • This at least one Gleitfikiee offers the advantage that low forces are spent in the joining of piston lower part and upper piston part.
  • the invention provides that at least one support for the formation of a gap is provided in the region of at least one joining seam.
  • the at least one edition creates a gap with defined dimensions.
  • the gap adjacent to the support serves to receive soldering material.
  • a depot in particular for receiving solder material is provided.
  • the gap forms a reservoir for process media. It is advantageous that this reservoir can be specifically filled, for example, before the joining process.
  • the process medium for example, solder material in the correct dosage at the site of action exists.
  • the excess soldering material including portions of the reservoir, can be removed.
  • Characteristic of the piston is that on the piston upper part a circumferential collar as a limitation in the joining process in conjunction with a support is provided.
  • the exact subsequent (height) - a ′ of the piston is defined via the collar.
  • a "collapse" of the piston unit over the boundary, formed by the collar and the support, is only possible if a definable limit force is exceeded. The intended limitation can not be exceeded in the joining process according to the invention.
  • the collar is removed after completion of the joining process. Possible handling marks on the collar of the joining process are removed by removing the collar. Also, the exact dimension of the piston can be adjusted by removing the collar. The collar serves as an aid to finding the exact position of piston lower part and upper piston part in the joining process to each other and can therefore be removed after the joining.
  • the invention provides that the piston upper part forms at least one ring field after the joining process.
  • the ring field is used in a known manner for receiving piston rings.
  • the inventive method for producing a piston, in particular cooling channel piston for an internal combustion engine comprises the following steps:
  • a centering increases the process reliability when joining the piston lower part and upper piston part to a piston.
  • the piston components "find" themselves in the correct position relative to each other as they move towards each other Piston base and piston upper slide together to the correct end position to complete the joining process is above the midpoint in the direction of the piston stroke axis of the piston lower part.
  • at least one support for the joining process is removed in at least one further method step. The support is used to find a defined position of the lower part of the piston to the upper part of the piston and can therefore be removed after the joining process has been completed.
  • the two components to be assembled can consist of the same or different material.
  • they may be used in the same or different ways ⁇ e.g. Forging, casting or the like).
  • FIG. 1 is a sectional view of the piston of a first embodiment prior to joining
  • Fig. 6 is a sectional view of a piston before the closure of the groove
  • Fig. 7 a sectional view of the finished piston.
  • FIGS. 1 to 3 show a first exemplary embodiment of a piston 1 according to the invention
  • FIGS. 4 to 7 show a further exemplary embodiment of a piston 1 according to the invention
  • piston 31 For the same elements the same reference numerals are used for both embodiments.
  • top, bottom, left, right, front, back, etc. refer exclusively to the example representation and position of the device and other elements selected in the respective figures. These terms are not intended to be limiting, that is to say that different positions and / or mirror-symmetrical design or the like may change these references.
  • the piston 1 shows a piston 1, consisting of a piston lower part 2 and a piston upper part 3, designed as a ring, before joining.
  • the piston upper part 3 has a support 4. In addition, it may have a depot 5, which may serve for example for receiving solder paste.
  • the lower piston part 2 has a radially peripheral oblique surface 6 on the outer circumference. With F, the joining direction for joining piston lower part 2 and upper piston part 3 is marked.
  • a radially encircling inner wall 7 of the piston upper part 3 slides past radially circumferential sliding surfaces 8 of the piston lower part 2.
  • the annular piston upper part 3 has a radiaiumstedden to the piston center oriented collar 14.
  • a radially encircling support 15 In the upper end region of the piston lower part 2 is a radially encircling support 15.
  • the joining process is completed when the lower portion of the inner wall 7 comes to rest on the inclined surface 6 and the collar 14 comes to rest on the support 15.
  • the inclined surface 6 assumes the function of a centering device during the joining process.
  • auxiliaries such as solder paste.
  • the inclusion of materials or materials that serve for subsequent cohesive connection between the piston lower part 2 and upper piston part 3, in the depot 5 is conceivable.
  • FIG. 2 shows the later piston 1 after the joining process of piston lower part 2 and piston upper part 3. It can be clearly seen that the inner wall 7 of the annular piston upper part 3 rests against the radially encircling inclined surface 6 of the piston lower part 2 has come to the plant. Furthermore, the radially encircling collar 14 of the upper piston part 3 has come to rest on the likewise radially encircling support 15 of the Kofbenunterteiis 2. By joining the lower piston part 2 with the piston upper part 3, a radially encircling cavity has formed, which can serve as a cooling channel 13. Furthermore, the lower piston part 2 has a trough 11, in which the combustion process takes place during operation of the internal combustion engine.
  • a piston lower part 32 in turn has a radially encircling inclined surface 6.
  • the annular upper piston part 33 has in profile the shape of an inverted "U" with unequal legs 19, 20.
  • the longer, outer leg 19 is used after the joining process to form the ring field 16.
  • the shorter leg 20 is used after the joining process for Forming a Muldenrandrings 12.
  • the piston lower part 32 has in the region of a trough formed after the joining process 11 a radially encircling web 21.
  • a sliding surface 8 and an inclined surface 6 are formed on the upper outer circumference of the piston lower part 32.
  • FIG. 5 shows the piston 31 after the joining process.
  • an optional support 9 for forming a soldering gap.
  • a centering 10 of the piston upper part 33 on the piston lower part 32 is carried out as already described in the first embodiment, by the interaction of the inclined surface 6 with the lower end of the inner wall 7.
  • a soldering or welding connection can be provided here.
  • the finished piston 31 is shown in FIGS. 6 and 7. It can be seen that the centering 10 has been preserved after processing. In the processing of the edge region of the trough 11, the support 9 for the soldering gap, if it was present, is removed. The joint seams 17 between piston lower part 32 and upper piston part 33 can be seen. A ring field 6 was also worked out. The trough 11 has received its functional profile.
  • the joining method according to the invention for a piston lower part and a piston upper part is not limited to the exemplary embodiments described here.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolben (1, 31), insbesondere Kühlkanalkolben für eine Brennkraftmaschine, aufweisend ein Kolbenunterteil (2, 32) und ein Kolbenoberteil (3, 33), die in einem Fügeprozess zu dem Kolben (1, 31) verbunden werden, wobei das Kolbenoberteil (3, 33) zumindest ein Ringfeld (16) sowie eine Innenwand (7) aufweist, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass das Kolbenunterteil (2, 32) eine radial umlaufende Schrägfläche (6) an dem dem Kolbenoberteil (3, 33) zugewandten Ende aufweist, die zusammenwirkend mit der Innenwand (7) des Kolbenoberteiles (3, 33) bei dem Fügeprozess der Kolbenteile (2, 3; 32, 33) eine Zentrierung (10) bewirkt. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Fügeverfahren zur Hersteilung eines Kolbens.

Description

B E S C H R E I B U N G
Fügeverbindung an einem zweiteiligen Stahlkolben und Fügeverfahren
Die Erfindung betrifft einen Kolben für eine Brennkraftmaschine sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für eine Brennkraftmaschine, gemäß den Merkmalen des jeweiligen Oberbegriffes der unabhängigen Patentansprüche.
Aus der DD 123 962 ist es bekannt, dass Kolben für Brennkraftmaschinen aus mindestens zwei Teilen bestehen. Diese beiden Teile sind zum Einen ein Ringteii, das u.a. den Feuersteg bildet und zumindest eine, vorzugweise zwei oder mehrere Ringnuten umfasst, und ein Basisteil, welches in an sich bekannter Weise die Kolbenbotzenbohrung, die Kolbennaben, den Kolbenschaft und dergleichen bildet. Diese beiden Teile sind in geeigneter Form zusammengefügt. Dabei sind das Ringelement und das Basisteil so gestaltet, dass nach ihrem Zusammenfügen ein Kühlkanal entsteht. Außerdem kann, muss aber nicht, der Kolben eine Brennraummulde umfasst.
Die DE 10 2010 056 220 A1 offenbart eine Schweißverbindung für die Herstellung eines Kolbens aus mindestens zwei Einzelteilen. Das lagegerechte Montieren der Kolbenteile ist hier jedoch sehr aufwendig, da eine Positioniereinrichtung fehlt.
In der DE 10 2007 036 236 A1 wird ein gebauter, insbesondere zweiteiliger Kolben einer Brennkraftmaschine mit einem Kolbenoberteil und einem Kolbenunterteil, die über ein Gewinde verbunden werden, offenbart. Die Verbindung der Kolbenteile durch eine Schraubverbindung ist jedoch sehr arbeitsintensiv und daher auch kostenintensiv. Als Fügeverfahren sind z. B. Verstemmen, Verlöten, Verschweißen, Verschrauben, Verstiften oder dergleichen bekannt. Wesentlich ist, dass aus den beiden genannten zwei Einzelteilen (Ringelement und Basisteil) nach ihrem Zusammenfügen ein einstückiger Kolben entsteht, wobei dieser einstückige Kolben nach Komplettierung in üblicher Form mit Ringen, Bolzen, Bolzensicherung und dergleichen ein betriebsfertiger Kolben entsteht.
Bei den bisher bekannten Fügeverfahren ist immer der Nachteil gegeben, dass die beiden zusammenzufügenden Bauteile genauestens aufeinander abgestimmt sein müssen, um das Fügeverfahren durchführen zu können.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen Kolben einer Brennkraftmaschine, insbesondere einen Kühlkanalkolben, zu schaffen, der einfach, gleichzeitig aber mit hoher Präzision gefertigt werden kann, ohne dass nach dem Zusammenfügen der beiden Bauteile aufwändige Nachbearbeitungen erforderlich sind.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die beiden Bauteile (Ringelement und Basisteil, auch Unterteil genannt)) sich dann selbst zentrieren, wenn sie zusammengebracht werden, und einen erforderlichen Spalt für eine Fügeverbindung (insbesondere eine stoffschlüssige Fügeverbindung, beispielsweise Löten oder Schweißen) durch ihre Bearbeitung bilden.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolben , insbesondere Kühlkanalkolben für eine Brennkraftmaschine, aufweisend ein Kolbenunterteil und ein Kolbenoberteil, die in einem Fügeprozess zu einem Kolben verbunden werden, wobei das Kolbenoberteil zumindest ein Ringfeld sowie eine Innenwand aufweist, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass das Kolbenunterteil eine radial umlaufende Schrägfläche an dem dem Kolbenoberteil zugewandten Ende aufweist, die zusammenwirkend mit der Innenwand des Kolbenoberteiles bei dem Fügeprozess der Kolbenteile eine Zentrierung bewirkt. In einer Ausgestaltung kann das Kolbenoberteil so ausgeführt sein, dass es das spätere Ringfeld und den späteren Muldenrandbereich umfasst. Dieses Kolbenoberteil ist ringförmig mit einem auf dem Kopf stehenden U-förmigen Profil mit unterschiedlichen Schenkelllängen ausgeführt. Der außenliegende längere Schenkel bildet später das Ringfeld. Der spätere Muldenrandbereich wird vom kürzeren innenliegenden Schenkel gebildet. Der Vorteil ist hierbei, dass in hoch beanspruchten Zonen ein geeignetes, vom Kolbenunterteil abweichendes Material verwendet werden kann.
Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Kolbenunterteil mindestens eine Gleitfläche aufweist, die im Fügeprozess mit der Innenwand des Kolbenoberteiles zusammenwirkt. Diese mindestens eine Gleitfiäche bietet den Vorteil, dass beim Fügen von Kolbenunterteil und Kolbenoberteil geringe Kräfte aufzuwenden sind.
Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass im Bereich mindestens einer Fügenaht mindestens eine Auflage zur Ausbildung eines Spaltes vorgesehen ist. Durch die mindestens eine Auflage entsteht ein Spalt mit definierten Abmessungen.
Vorgesehen ist weiterhin dass der Spalt benachbart zur Auflage zur Aufnahme von Lötmaterial dient.
Außerdem ist vorgesehen, dass ein Depot, insbesondere zur Aufnahme von Lötmaterial vorgesehen ist. Der Spalt bildet in Zusammenspiel mit der Auflage ein Reservoir für Prozessmedien aus. Vorteilhaft ist, dass dieses Reservoir gezielt, beispielsweise vor dem Fügeprozess gefüllt werden kann. Nach dem Fügen ist das Prozessmedium beispielsweise Lötmaterial in der richtigen Dosierung am Wirkort vorhanden. Nach der Durchführung beispielsweise eines Lötprozesses zum Verbinden der Kolbenteile kann das überschüssige Lötmaterial samt Teilbereiche des Reservoirs entfernt werden.
Kennzeichnend für den Kolben ist, dass am Kolbenoberteil ein umlaufender Kragen als Begrenzung beim Fügeverfahren im Zusammenwirken mit einer Auflage vorgesehen ist. Vorteilhaft wird über den Kragen das genaue spätere (Höhen)- aß des Kolbens definiert. Ein„Zusammenfahren" der Kolbenteiie über die Begrenzung, gebildet durch den Kragen und die Auflage, ist nur beim Überschreiten einer definierbaren Grenzkraft hinaus möglich. Im erfindungsgemäßen Fügungsprozess kann die vorgesehene Begrenzung nicht überschritten werden.
In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Kragen nach Abschluss des Fügevorganges entfernt wird. Eventuelle Handlingspuren am Kragen vom Fügeprozess werden durch Abtragen des Kragens entfernt. Auch kann das genaue Abmaß des Kolbens durch Entfernen des Kragens eingestellt werden. Der Kragen dient als Hilfsmittel zur Findung der genauen Position von Kolbenunterteil und Kolbenoberteil im Fügeprozess zueinander und kann daher nach dem Fügen abgetragen werden.
Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Kolbenoberteil zumindest ein Ringfeld nach dem Fügevorgang ausbildet. Das Ringfeld dient in bekannter Weise zur Aufnahme von Kolbenringen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Kolbens, insbesondere Kühlkanalkolben für eine Brennkraftmaschine, umfasst die folgenden Schritte:
-Bereitstellung des Kolbenoberteiles und des Kolbenunterteiles,
-Fügen der Kolbenteile, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass während des Fügeprozesses eine Zentrierung von Kolbenoberteil zu Kolbenunterteil erfolgt.
Eine Zentrierung erhöht die Prozesssicherheit beim Fügen von Kolbenunterteil und Kolbenoberteil zu einem Kolben. Durch die Zentrierung „finden" sich die Kolbenbauteile in der richtigen Lage zueinander, während sie aufeinander zubewegt werden. Kolbenunterteil und Kolbenoberteil gleiten aneinander in die richtige Endlage zum Abschluss des Fügeprozesses. Durch die Zentrierung ist gewährleistet, dass der Mittelpunkt in Richtung der Kolbenhubachse des Kolbenoberteiles über dem Mittelpunkt in Richtung der Kolbenhubachse des Kolbenunterteiles liegt. In einer Ausgestaltung des Herstellverfahrens ist vorgesehen, dass mindestens eine Auflage für den Fügevorgang in mindestens einem weiteren Verfahrensschritt entfernt wird. Die Auflage dient zur Findung einer definierten Position von Koibenunterteil zu Kolbenoberteil und kann daher nach erfolgtem Fügeprozess entfernt werden.
Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass die beiden zusammenzufügenden Bauteile aus gleichem oder unterschiedlichem Material bestehen können. Außerdem können sie auf gleiche oder von einander unterschiedliche Art und Weise {z. B. schmieden, gießen oder dergleichen) hergestellt werden.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 : eine Schnittansicht des Kolbens eines ersten Ausführungsbeispiels vor dem Fügen,
Fig. 2: eine Schnittansicht des Kolbens nach dem Fügen,
Fig. 3: eine Schnittansicht eines fertiggestellten Kolbens,
Fig. 4: eine Schnittansicht des Kolbens eines zweiten Ausführungsbeispiels,
Fig. 5 eine Schnittansicht eines Kolbens nach dem Fügen,
Fig. 6: eine Schnittansicht eines Kolbens vor dem Verschluss der Nut und
Fig. 7: eine Schnittansicht des fertig gestellten Kolbens.
Die Figuren 1 bis 3 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbens 1 und die Figuren 4 bis 7 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbens 31. Für gleiche Elemente werden für beide Ausführungsbeispiele gleiche Bezugszeichen verwendet.
In der nachfolgenden Figurenbeschreibung beziehen sich Begriffe wie oben, unten, links, rechts, vorne, hinten usw. ausschließlich auf die in den jeweiligen Figuren gewählte beispielhafte Darstellung und Position der Einrichtung und anderer Elemente. Diese Begriffe sind nicht einschränkend zu verstehen, das heißt durch verschiedene Positionen und/oder spiegelsymmetrische Auslegung oder dergleichen können sich diese Bezüge ändern.
Die Figur 1 zeigt einen Kolben 1 , bestehend aus einem Kolbenunterteil 2 sowie einem Kolbenoberteil 3, ausgeführt als Ring, vor dem Zusammenfügen. Das Kolbenoberteil 3 weist eine Auflage 4 auf. Ergänzend kann es ein Depot 5 aufweisen, das beispielsweise zur Aufnahme von Lötpaste dienen kann. Zusätzlich weist das Kolbenunterteil 2 eine am äußeren Umfang radial umlaufende Schrägfläche 6 auf. Mit F ist die Fügerichtung zum Fügen von Kolbenunterteil 2 und Kolbenoberteil 3 gekennzeichnet. Beim Fügen von Kolbenunterteil 2 und Kolbenoberteil 3 gleitet eine radial umlaufende Innenwand 7 des Kolbenoberteils 3 an radial umlaufenden Gleitflächen 8 des Kolbenunterteils 2 vorbei. Weiterhin weist das ringförmige Kolbenoberteil 3 einen radiaiumlaufenden zur Kolbenmitte orientierten Kragen 14 auf. Im oberen Endbereich des Kolbenunterteils 2 befindet sich eine radialumlaufende Auflage 15. Der Fügevorgang ist abgeschlossen, wenn der untere Bereich der Innenwand 7 an der Schrägfläche 6 zur Anlage kommt und der Kragen 14 an der Auflage 15 zur Anlage kommt. Die Schrägfläche 6 übernimmt beim Fügevorgang die Funktion einer Zentriereinrichtung. Vor dem Fügevorgang können, müssen aber nicht, in das Depot 5 Hilfsstoffe wie beispielsweise Lötpaste eingebracht werden. Auch die Aufnahme von Materialien oder Stoffen, die zur späteren stoffschlüssigen Verbindung zwischen Kolbenunterteil 2 und Kolbenoberteil 3 dienen, in das Depot 5 ist denkbar.
Figur 2 zeigt den späteren Kolben 1 nach dem Fügevorgang von Kolbenunterteil 2 und Kolbenoberteil 3. Deutlich zu sehen ist, dass die Innenwand 7 des ringförmigen Kolbenoberteils 3 an der radial umlaufenden Schrägfläche 6 des Kolbenunterteils 2 zur Anlage gelangt ist. Weiterhin ist der radial umlaufende Kragen 14 des Kolbenoberteils 3 an der ebenfalls radial umlaufenden Auflage 15 des Kofbenunterteiis 2 zur Anlage gekommen. Durch das Fügen von Kolbenunterteil 2 mit dem Kolbenoberteil 3 hat sich ein radial umlaufender Hohlraum gebildet, der als Kühlkanal 13 dienen kann. Weiterhin weist das Kolbenunterteil 2 eine Mulde 11 auf, in der der Verbrennungsprozess beim Betrieb der Brennkraftmaschine abläuft.
In der Figur 3 ist der nun einteilige fertiggestellte Kolben 1 dargestellt. Deutlich zu erkennen sind Fügenähte 17, die den Übergangsbereich zwischen vormals Kolben unterteil 2 und Kolbenoberteil 3 markieren. In einem Bereich 18 wurde der Kolben derart bearbeitet, dass eine weitestgehend plane radial umlaufende Fläche entstanden ist. Hierzu wurde der Kragen 14 und Teile der Auflage 15 abgetragen. Weiterhin wurde im oberen Bereich des Kolben 1 ein radial umlaufendes Ringfeld 16 eingebracht. In dem Bereich zwischen der Schrägfläche 6 des Kolbenunterteils 2 und dem Kolbenoberteil 3 kann eine stoffschlüssige Verbindung erfolgen, beispielsweise durch Schweißen oder Löten. Eine dichte Verbindung zwischen Kolbenoberteil 3 und Kolbenunterteil 2 ist von Vorteil, um einen Austritt von Kühlmedium aus dem Kühlkana! 13 zu verhindern.
Das zweite Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß hergestellten Kolbens 31 wird ab der Figur 4 beschrieben. Ein Kolbenunterteil 32 weist wiederum eine radial umlaufende Schrägfläche 6 auf. Das ringförmige Kolbenoberteil 33 weist im Profil die Form eines auf dem Kopf stehenden„U" mit ungleichen Schenkeln 19, 20 auf. Der längere, außenliegende Schenkel 19 dient nach dem Fügevorgang zur Ausbildung des Ringfeldes 16. Der kürzere Schenkel 20 dient nach dem Fügevorgang zur Ausbildung eines Muldenrandrings 12. Das Kolbenunterteil 32 weist im Bereich einer nach dem Fügeprozess gebildeten Mulde 11 einen radial umlaufenden Steg 21 auf. Weiterhin sind am oberen äußeren Umfang des Kolbenunterteils 32 eine Gleitfläche 8 sowie eine Schrägfläche 6 ausgebildet. Beim Fügen von Kolbenoberteil 33 und Kolbenunterteil 32 in Fügerichtung F gleitet eine Innenwand 7 des Kolbenoberteils 33 an der Gleitfläche 8 des Kolbenunterteiles 32 entlang. Der Fügeprozess endet, wenn das untere Ende der Innenwand 7 des Kolbenoberteiles 33 an der Schrägfläche 6 des Kolbenunterteiles 32 zur Anlage kommt. Weiterhin kommt der Fügeprozess zum Stillstand, wenn das untere Ende des kurzen Schenkels 20 des Kolbenoberteils 33 an dem Steg 21 des Kolbenunterteiles zur Anlage gelangt.
Figur 5 zeigt den Kolben 31 nach dem Fügeprozess. Zwischen dem Steg 21 und dem unteren Endes des Schenkels 20 kann eine optionale Auflage 9 zur Bildung eines Lötspaltes vorgesehen sein. Eine Zentrierung 10 des Kolbenoberteiles 33 auf dem Kolben unterteil 32 erfolgt wie bereits beim ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, durch das Zusammenwirken der Schrägfläche 6 mit dem unteren Ende der Innenwand 7. Im Bereich des Lötspaltes, gebildet durch die Auflage 9 und im Bereich der Zentrierung 10 kann eine kraft-, form- oder stoffschlüssige Verbindung zwischen Kolbenunterteil 32 und Kolbenoberteil 33 erfolgen, beispielsweise kann hier eine Löt- oder Schweißverbindung vorgesehen werden.
Nach weiteren Bearbeitungsschritten ist der fertiggestellte Kolben 31 in den Figuren 6 und 7 dargestellt. Zu erkennen ist, dass die Zentrierung 10 nach der Bearbeitung erhalten geblieben ist. Bei der Bearbeitung des Randbereiches der Mulde 11 , wird die Auflage 9 für den Lötspalt, sofern sie vorhanden war, entfernt. Die Fügenähte 17 zwischen Kolbenunterteil 32 und Kolbenoberteil 33 sind ersichtlich. Ein Ringfeld 6 wurde ebenfalls herausgearbeitet. Die Mulde 11 hat ihr funktionales Profil erhalten.
Das erfindungsgemäße Fügungsverfahren für ein Kolbenunterteil und ein Kolbenoberteil ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.
Bezugszeichenliste
1 Kolben
2 Kolbenunterteil
3 Kolbenoberteil / Ring
4 Auflage
5 Depot (z.B. für Lötpaste)
6 Schrägfiäche / Zentrierung
7 Innenwand
8 Gleitfläche
9 Auflage (für Lötspalt)
10 Zentrierung
11 Mulde
12 Mulden randring
13 Kühlkanal
14 Kragen
15 Auflage
16 Ringfeld
7 Fügenaht
18 Bereich
19 Schenkel
20 Schenkel
21 Steg
31 Kolben
32 Kolbenunterteil
33 Kolbenoberteil / Ring
F Fügerichtung

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E Fügeverbindung an einem zweiteiligen Stahlkolben und Fügeverfahren
1. Kolben (1 , 31), insbesondere Kühlkanalkolben für eine Brennkraftmaschine, aufweisend ein Kolbenunterteil (2, 32) und ein Kolbenoberteil (3, 33), die in einem Fügeprozess zu dem Kolben (1 , 31) verbunden werden, wobei das Kolbenoberteil (3, 33) zumindest ein Ringfeld (16) sowie eine Innenwand (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kolbenunterteil (2, 32) eine radial umlaufende Schrägfläche (6) an dem dem Kolbenoberteil (3, 33) zugewandten Ende aufweist, die zusammenwirkend mit der Innenwand (7) des Koibenoberteiles (3, 33) bei dem Fügeprozess der Kolbenteile (2, 3; 32, 33) eine Zentrierung (10) bewirkt.
2. Kolben (1 , 31) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Kolbenunterteil (2, 32) mindestens eine Gleitfläche (8) aufweist, die im Fügeprozess mit der Innenwand (7) des Kolbenoberteiles (3, 33) zusammenwirkt.
3. Kolben (1 , 31) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich mindestens einer Fügenaht (17) mindestens eine Auflage (9) zur Ausbildung eines Spaltes vorgesehen ist.
4. Kolben (1 , 31) nach einer der vorhergenenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt benachbart zur Auflage (9) zur Aufnahme von Lötmaterial dient.
5. Kolben (1 , 31) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Depot (5), insbesondere zur Aufnahme von Lötmaterial vorgesehen ist.
6. Kolben (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Kolbenoberteil (3) ein umlaufender Kragen (14) als Begrenzung beim Fügeverfahren im Zusammenwirken mit einer Auflage (15) vorgesehen ist.
7. Kolben (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kragen (14) nach Abschluss des Fügevorganges entfernt wird.
8. Kolben (1 , 31) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kolbenoberteil (3, 33) zumindest ein Ringfeld (16) nach dem Fügevorgang ausbildet.
9. Verfahren zur Herstellung eines Kolbens (1 , 31), insbesondere Kühlkanalkolben für eine Brennkraftmaschine, aufweisend ein Kolbenunterteil (2, 32) und ein Kolbenoberteil (3, 33), die in einem Fügeprozess zu dem Kolben (1 , 31) verbunden werden, wobei das Kolbenoberteil (3, 33) zumindest ein Ringfeld (16) sowie eine Innenwand (7) aufweist, umfassend die folgenden Schritte:
-Bereitstellung des Kolbenoberteiles (3, 33) und des Kolbenunterteiles (2, 32), -Fügen der Kolbenteile (2, 3; 32, 33), dadurch gekennzeichnet, dass während des Fügeprozesses eine Zentrierung (10) von Kolbenoberteil (3, 33) zu Kolbenunterteil (2, 32) erfolgt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Auflage (4, 9, 15) für den Fügevorgang in mindestens einem weiteren Verfahrensschritt entfernt wird.
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