EP2900992A1 - Zweiteilig aufgebauter kolben einer brennkraftmaschine - Google Patents

Zweiteilig aufgebauter kolben einer brennkraftmaschine

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Publication number
EP2900992A1
EP2900992A1 EP13763077.8A EP13763077A EP2900992A1 EP 2900992 A1 EP2900992 A1 EP 2900992A1 EP 13763077 A EP13763077 A EP 13763077A EP 2900992 A1 EP2900992 A1 EP 2900992A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
base body
ring element
ring
separation
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13763077.8A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Emmerich Ottliczky
Eberhard Weiss
Gerhard Luz
Willi Sikorsky
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
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02F3/16—Pistons  having cooling means
    • F02F3/18—Pistons  having cooling means the means being a liquid or solid coolant, e.g. sodium, in a closed chamber in piston
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • Y10T29/49249—Piston making
    • Y10T29/49252—Multi-element piston making

Definitions

  • the invention relates to a piston of an internal combustion engine, designed as a two-part cooling channel piston, which comprises a base body and a ring element, according to the features of the preamble of claim 1. Furthermore, the present invention relates to a method for producing such a piston according to claim 9.
  • the piston for internal combustion engines is exposed to high thermal and gas and mass forces caused by high mechanical cycling, which require an appropriate design and shape. Heavily loaded zones of the piston, such as the combustion bowl in the piston crown and the ring field, require effective cooling.
  • a cooling channel in the piston A coolant, preferably the lubricating oil of the internal combustion engine, circulates through the cooling channel designed as a hollow space. The effectiveness of the piston cooling is determined in particular by the exchanged volume of the coolant in the cooling channel.
  • a two-part cooling channel piston comprising a main body and a ring member.
  • the annular, the top land and the ring field of the piston enclosing, separate ring member which limits the outside of the cooling channel is fastened by means of a screw thread on the base body.
  • a position fixation of the ring element is carried out in the installed state by means of dowel pins or grub screws, which are inserted between the ring member and the main body.
  • the US 6,155,157 shows a cooling channel piston with two separately manufacturable components, which are then joined together by a friction welding material.
  • the present invention has for its object to provide a two-part cooling channel piston, which includes a permanent connection of the individual components.
  • the ring element and the base body together form two mutually offset circumferential separation planes, for which purpose two corresponding joining webs of the ring element and of the main body cooperate, which are materially connected to one another.
  • the ring element is supported by two height-offset, positioned in different positions joining webs of the associated joint webs of the body.
  • This design principle allows a piston assembly with which a permanent connection of the individual piston components can be realized.
  • the concept offers the advantage of optimizing the cooling channel by means of a corresponding design of the ring element so as to improve the piston cooling and to realize a piston which can be loaded to a higher thermal load.
  • the construction or the design of the separate ring element, in particular with respect to wall thicknesses of individual piston sections can be influenced, so as to reduce the piston weight, for example. Furthermore, it is possible to optimize the top land, the ring field or the ring carrier of the ring element. According to the invention, this structure offers the possibility of the separation planes between the base body and the ring element so to arrange, so that sets in terms of component strength and / or welding an optimal position.
  • the invention offers the possibility to specially form the thermally and mechanically highly stressed ring element.
  • the annular element enclosing the land and the ring field for the piston rings can thus be optimized in terms of fatigue strength and wear resistance.
  • no defined position of the separation planes is provided for the piston.
  • the cooperating, circumferential joining zones can advantageously be designed so that they are both offset from each other and also aligned differently.
  • a piston may include matching or differently configured separation planes. Thereafter, the invention provides the ability to provide between the ring member and the body two height-offset separation planes, one of which can extend vertically and the other horizontally.
  • the invention includes a piston in which at least one of the two separation planes is oriented obliquely or inclined.
  • these can be rectified or run in opposite directions. It is advantageous for the respective separation level no determination of the course direction.
  • a centering effect of these components can continue to be utilized when joining the ring element and the base body.
  • a vertically oriented separation plane is preferably provided in the piston crown between the ring element and the base body, and a horizontally aligned separation plane below the ring zone of the ring element. In this piston construction, a maximum height offset between the two separation levels sets.
  • the base body forms on the outside a circumferential step whose concentric to a longitudinal axis of the piston extending joint is enclosed by the joint of the ring member to form a vertical separation plane.
  • the length of the separation plane can be influenced by the axial length of the step or the paragraph, this concept also causes a centering of the components in a mating.
  • a preferred embodiment of the invention further provides that the corresponding, cooperating joining webs of the ring element and the base body have constant wall thicknesses. Bonding webs with at least approximately equal-sized wall thicknesses cause a desired optimal stress compensation or a stress distribution in the piston upper part.
  • the invention offers the possibility of producing the ring element and the base body from a matching material or from different materials. This advantage is offered by a multi-part piston, wherein the choice of material can be made with regard to the respective thermal and / or mechanical stress.
  • the ring element is preferably made of a wear-resistant, in particular heat-resistant material.
  • As a material for The base body can be selected to reduce weight, a less wear-resistant material, such as a light metal alloy.
  • a method for producing a piston includes the following method steps.
  • the manufacturing process of the main body and the ring element includes the design of the joints without reworking. In this case, the main body and the ring element can be made of a matching material or of different materials. With the subsequent pre-processing, the combustion bowl and a pin bore in the body and piston ring grooves can be introduced into the ring field of the ring member.
  • a friction welding or a multi-orbital or multilinear friction welding is used.
  • an electron beam welding, a resistance press welding method, a capacitor discharge welding or a laser welding is suitable.
  • Furthermore can be used for cohesive bonding of the corresponding joining webs a soldering. After the welding process has been completed, the welding beads emerging to the outside are removed. The last step is followed by a finishing and cleaning of the piston.
  • FIG. 1 shows a sectional view of a first embodiment of a piston (1) according to the invention
  • FIG. 2 shows a second embodiment of a piston according to the invention
  • FIG. 3 shows a third embodiment of a piston according to the invention
  • FIG. 4 shows a fourth embodiment of a piston (1) according to the invention -
  • FIG. 1 shows, in a sectional view, a piston 1 integral with its manufacture, comprising a base body 2 and a ring element 3, the joining webs 6a, 6b forming separation planes 4a, 5a; 7a, 7b are connected.
  • a Reibsch past a Reibsch
  • a multi-orbital friction welding method is used in which, due to the smallest circular orbital movements, no or only small welding beads 8, 9 form in the region of the separation planes 4a, 5a which require little or no reworking.
  • the wall thickness Si, S 2 of the joining webs 6a, 6b and the joining webs 7a, 7b is largely constant. Between the vertically oriented separation plane 5a and the horizontally extending separation plane 4a, a maximum height offset H is established.
  • the main body 2 of the piston 1 includes a combustion chamber trough 12 introduced eccentrically or rotationally symmetrically with respect to a longitudinal axis 1 1 in a piston head 10.
  • a piston skirt 13 of the base body 2 includes two diametrically opposed bolt holes 14 intended to receive a piston pin (not shown).
  • a combustion chamber trough 12 enclosing intermediate wall 16 defines on the inside a cooling channel 15, which is surrounded on the outside by the ring element 3.
  • the cooling channel 15 is closed circumferentially after the welding of the base body 2 with the ring member 3.
  • a cooling medium can act on the cooling channel 15 in a targeted manner via at least one inlet and one outlet (not shown).
  • the ring element 3 has piston crown side on a top land 17, to which a ring field 18 with annular grooves 19 connects, which are intended for receiving piston rings (not shown).
  • FIG. 2 to 4 show alternative embodiments of the piston 1 according to the invention, wherein for identical or equivalent components matching reference numerals are used. The following description of the figures is essentially limited to distinguishing features from FIG. 1.
  • the piston 1 comprises two vertically oriented separation planes 4b, 5a between the base body 2 and the Ring element 3.
  • the separation plane 4b is formed by a step 20 of the base body 2, which is surrounded on the outside by an end portion of the ring element 3.
  • An overlapping region of the joining webs 7a, 7b of the cooperating components, the base body 2 and the ring element 3 defines the separation plane 4b.
  • FIG. 3 the piston 1 is shown, the construction of which largely coincides with the representation in FIG.
  • the piston 1 in Figure 3 shows next to the separation plane 4b according to Figure 2, the horizontally extending, the intermediate wall 16 associated separation plane 5b, which are formed by the joining webs 21 a, 21 b.
  • the step 20 of the main body 2 can be used for centering the ring element 3.
  • the piston 1 in FIG. 4 comprises two inclined or oblique separation planes 4c, 5c between the base body 2 and the ring element 3.
  • the Separation levels 4c, 5c are opposite to each other.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kolben (1) einer Brennkraftmaschine, ausgebildet als ein zweiteilig aufgebauter Kühlkanalkolben, der einen Grundkörper (2) und ein Ringelement (3) umfasst. Das ein Ringfeld (18) sowie einen Feuersteg (17) aufweisende Ringelement (2) umschließt außenseitig einen Kühlkanal (15), der innenseitig von einer Zwischenwand (16) begrenzt ist, die den Kühlkanal (15) von einer in einem Kolbenboden (10) des Grundkörpers (2) eingebrachten Brennraummulde (12) trennt. Der Grundkörper (2) und das Ringelement (3) bilden gemeinsam zwei zueinander versetzte, umlaufende Trennungsebenen (4a, 5a), wozu jeweils zwei zusammenwirkende Fügestege (6a, 6b; 7a, 7b) des Ringelementes (3) und des Grundkörpers (2) stoffschlüssig verbunden sind.

Description

B E S C H R E I B U N G
Zweiteilig aufgebauter Kolben einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft einen Kolben einer Brennkraftmaschine, ausgebildet als ein zweiteiliger Kühlkanalkolben, der einen Grundkörper sowie ein Ringelement umfasst, nach den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1 . Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kolbens nach Patentanspruch 9.
Der Kolben für Brennkraftmaschinen ist hohen thermischen und durch Gas- und Massenkräfte verursachten, hohen mechanischen Wechselbeanspruchungen ausgesetzt, die eine entsprechende Bemessung und Formgebung erfordern. Stark belastete Zonen des Kolbens, wie beispielsweise die Brennraummulde im Kolbenboden sowie das Ringfeld, erfordern eine wirksame Kühlung. Dazu ist es bekannt, in dem Kolben einen Kühlkanal zu integrieren. Durch den als Hohlraum gestalteten Kühlkanal zirkuliert ein Kühlmittel, vorzugsweise das Schmieröl der Brennkraftmaschine. Die Wirksamkeit der Kolbenkühlung wird insbesondere von dem ausgetauschten Volumen des Kühlmittels in dem Kühlkanal bestimmt.
Aus der DD 123 962 A1 ist ein zweiteiliger Kühlkanalkolben bekannt, der einen Grundkörper sowie ein Ringelement umfasst. Das kreisringförmige, den Feuersteg sowie das Ringfeld des Kolbens einschließende, separate Ringelement, das außenseitig den Kühlkanal begrenzt, wird mittels eines Schraubgewindes an dem Grundkörper befestigt. Eine Lagefixierung des Ringelements erfolgt im Einbauzustand mittels Pass- oder Gewindestiften, die zwischen dem Ringelement und dem Grundkörper eingesetzt sind. Die US 6,155,157 zeigt einen Kühlkanalkolben mit zwei separat voneinander herstellbaren Bauteilen, die anschließend über ein Reibschweißverfahren stoffschlüssig zusammengefügt sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen zweiteiligen Kühlkanalkolben zu schaffen, der eine dauerfeste Verbindung der einzelnen Bauteile einschließt.
Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, dass das Ringelement und der Grundkörper gemeinsam zwei zueinander versetzte umlaufende Trennungsebenen bilden, wozu jeweils zwei korrespondierende Fügestege des Ringelementes und des Grundkörpers zusammenwirken, die stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Das Ringelement ist über zwei höhenversetzte, in unterschiedlichen Lagen positionierte Fügestege an zugehörigen Fügestegen des Grundkörpers abgestützt. Dieses Konstruktionsprinzip ermöglicht einen Kolbenaufbau, mit dem eine dauerfeste Verbindung der einzelnen Kolbenbauteile realisierbar ist. Gleichzeitig bietet das Konzept den Vorteil, durch eine entsprechende Ausgestaltung des Ringelements den Kühlkanal zu optimieren, um so die Kolbenkühlung zu verbessern und einen thermisch höher belastbaren Kolben zu realisieren.
Außerdem kann mittels der Erfindung der Aufbau oder die Gestaltung des separaten Ringelements, insbesondere hinsichtlich von Wandstärken einzelner Kolbenabschnitte beeinflusst werden, um so beispielsweise das Kolbengewicht zu verringern. Weiterhin besteht die Möglichkeit den Feuersteg, das Ringfeld oder den Ringträger des Ringelements zu optimieren. Erfindungsgemäß bietet dieser Aufbau die Möglichkeit, die Trennungsebenen zwischen dem Grundkörper und dem Ringelement so anzuordnen, damit sich hinsichtlich der Bauteilfestigkeit und / oder der Schweißung eine optimale Lage einstellt.
Weiterhin bietet die Erfindung die Möglichkeit, das thermisch und mechanisch hochbelastete Ringelement speziell auszubilden. Das den Feuersteg sowie das Ringfeld für die Kolbenringe einschließende Ringelement kann so hinsichtlich der Dauerfestigkeit und der Verschleißfestigkeit optimiert werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist für den Kolben keine definierte Lage der Trennungsebenen vorgesehen. Die zusammenwirkenden, umlaufenden Fügezonen können vorteilhaft so ausgelegt werden, dass diese sowohl zueinander versetzt als auch voneinander abweichend ausgerichtet sind.
In Abhängigkeit von Auslegungskriterien, beispielsweise einer optimalen Kühlkanalgestaltung, einer für die Schweißung optimierten Lage oder unter Berücksichtigung der Festigkeit kann ein Kolben übereinstimmende oder unterschiedlich gestaltete Trennungsebenen einschließen. Danach bietet die Erfindung die Möglichkeit, zwischen dem Ringelement und dem Grundkörper zwei höhenversetzte Trennungsebenen vorzusehen, von denen eine vertikal und die weitere horizontal verlaufen kann.
Ferner schließt die Erfindung einen Kolben ein, bei dem wenigstens eine der beiden Trennungsebenen schräg bzw. geneigt ausgerichtet ist. Bei zwei geneigten Trennungsebenen können diese gleichgerichtet oder gegenläufig verlaufen. Vorteilhaft besteht für die jeweilige Trennungsebene keine Festlegung der Verlaufsrichtung. Bei entgegengesetzt geneigten Trennungsebenen kann bei einem Zusammenfügen von dem Ringelement und dem Grundkörper weiterhin ein Zentrierungseffekt dieser Bauteile genutzt werden. Für eine Kolbengestaltung mit einer vertikalen und einer horizontalen Trennungsebene ist bevorzugt im Kolbenboden zwischen dem Ringelement und dem Grundkörper eine vertikal ausgerichtete Trennungsebene und unterhalb der Ringzone des Ringelements eine horizontal ausgerichtete Trennungsebene vorgesehen. Bei diesem Kolbenaufbau stellt sich ein maximaler Höhenversatz zwischen den beiden Trennungsebenen ein.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung bildet der Grundkörper außenseitig eine umlaufende Stufe, deren konzentrisch zu einer Längsachse des Kolbens verlaufender Fügesteg von dem Fügesteg des Ringelements umschlossen wird zur Bildung einer vertikalen Trennungsebene. Bei dieser Ausführung kann vorteilhaft die Länge der Trennungsebene durch die axiale Länge der Stufe bzw. des Absatzes beeinflusst werden, wobei dieses Konzept gleichzeitig eine Zentrierung der Bauteile bei einem Zusammenfügen bewirkt.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht weiterhin vor, dass die korrespondierenden, zusammenwirkenden Fügestege des Ringelements und des Grundkörpers konstante Wandstärken aufweisen. Fügestege mit zumindest annähernd gleich dimensionierten Wandstärken bewirken einen gewünschten optimalen Spannungsausgleich bzw. eine Spannungsverteilung in dem Kolbenoberteil.
Weiterhin bietet die Erfindung die Möglichkeit, das Ringelement und den Grundkörper aus einem übereinstimmenden Werkstoff oder aus unterschiedlichen Werkstoffen herzustellen. Diesen Vorteil bietet ein mehrteiliger Kolben, wobei die Werkstoffauswahl hinsichtlich der jeweiligen thermischen und / oder mechanischen Beanspruchung erfolgen kann. Das Ringelement ist bevorzugt aus einem verschleißfesten, insbesondere wärmebeständigen Material hergestellt. Als Werkstoff für den Grundkörper kann zur Gewichtseinsparung ein weniger verschleißfestes Material, beispielsweise eine Leichtmetalllegierung ausgewählt werden.
Zur Lösung der Aufgabe wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbens vorgeschlagen, das folgende Verfahrensschritte einschließt. Zunächst erfolgt die getrennte Herstellung eines Grundkörpers und eines Ringelements als Rohlinge. Diese Bauteile werden bevorzugt als geschmiedete oder gegossene Rohlinge, durch Ausstanzen oder Pressen, aus einem Halbzeug aus einem Stahlwerkstoff hergestellt. Alternativ dazu eignet sich zur Herstellung des Grundkörpers und des Ringelements ein Fließpressen, ein Schmiedeprozess oder ein Gießprozess. Der Herstellungsprozess von dem Grundkörper und dem Ringelement schließt die Gestaltung der Fügestege ohne Nacharbeit ein. Dabei können der Grundkörper und das Ringelement aus einem übereinstimmenden Werkstoff oder aus unterschiedlichen Werkstoffen hergestellt werden. Mit der sich anschließenden Vorbearbeitung können die Brennraummulde sowie eine Bolzenbohrung in den Grundkörper sowie Kolbenringnuten in das Ringfeld des Ringelements eingebracht werden.
Danach erfolgt ein Zusammenfügen des Grundkörpers und des Ringelements, bis zur Abstützung von jeweils zwei korrespondierenden Fügestegen, die zwei zueinander versetzte Trennungsebenen bilden. Durch ein anschließendes Verschweißen der Fügestege wird der Grundkörper mit dem Ringelement stoffschlüssig verbunden.
Für die stoffschlüssige Verbindung von dem Grundkörper und dem Ringelement sind unterschiedliche Verfahren einsetzbar. Bevorzugt wird ein Reibschweißen beziehungsweise ein multiorbitales oder multilineares Reibschweißen verwendet. Alternativ eignet sich ein Elektronenstrahlschweißen, ein Widerstandspress-Schweißverfahren, ein Kondensatorentladungsschweißen oder ein Laserschweißen. Außerdem kann eine Lötung zum stoffschlüssigen Verbinden der korrespondierenden Fügestege eingesetzt werden. Nach abgeschlossenem Schwei ßprozess werden die nach außen austretenden Schweißwülste entfernt. Als letzter Schritt schließt sich eine Endbearbeitung und Reinigung des Kolbens an.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Sofern nicht anders erwähnt, sind in der Beschreibung gleiche oder funktionsgleiche Bauteile mit gleichen Bezugszahlen versehen. Es zeigen:
Fig. 1 : in einer Schnittdarstellung ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbens (1 );
Fig. 2: ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbens
(1 );
Fig. 3: ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbens
(1 );
Fig. 4: ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbens (1 )-
Die Figur 1 zeigt in einer Schnittdarstellung einen gemäß seiner Herstellung einteiligen Kolben 1 , der einen Grundkörper 2 sowie ein Ringelement 3 umfasst, die über Trennungsebenen 4a, 5a bildende Fügestege 6a, 6b; 7a, 7b verbunden sind. Durch ein Reibschweißverfahren sind die Fügestege 6a, 6b; 7a, 7b im Bereich der Trennungsebenen 4a, 5a stoffschlüssig zusammengefügt. Beispielsweise wird ein multiorbitales Reibschweißverfahren eingesetzt, bei dem aufgrund kleinster kreisförmiger Orbitalbewegungen sich im Bereich der Trennungsebenen 4a, 5a keine beziehungsweise nur geringe Schweißwülste 8 ,9 bilden, die keine oder nur eine geringe Nacharbeit erfordern. Die Wandstärke Si, S2 von den Fügestegen 6a, 6b sowie den Fügestegen 7a, 7b ist weitestgehend konstant. Zwischen der vertikal ausgerichteten Trennungsebene 5a und der horizontal verlaufenden Trennungsebene4a stellt sich ein maximaler Höhenversatz H ein. Der Grundkörper 2 des Kolbens 1 schließt eine in einem Kolbenboden 10 exzentrisch oder rotationssymmetrisch zu einer Längsachse 1 1 eingebrachte Brennraummulde 12 ein. Ein Kolbenschaft 13 des Grundkörpers 2 schließt zwei diametral gegenüber liegende Bolzenbohrungen 14 ein, die zur Aufnahme eines Kolbenbolzens (nicht gezeigt) bestimmt sind. Eine die Brennraummulde 12 umschließende Zwischenwand 16 begrenzt innenseitig einen Kühlkanal 15, der außenseitig von dem Ringelement 3 umschlossen ist. Der Kühlkanal 15 ist nach erfolgter Verschweißung von dem Grundkörper 2 mit dem Ringelement 3 umlaufend verschlossen. Im Betriebszustand kann ein Kühlmedium den Kühlkanal 15 gezielt über zumindest einen Eintritt und einen Austritt (nicht gezeigt) beaufschlagen. Das Ringelement 3 weist kolbenbodenseitig einen Feuersteg 17 auf, an den sich ein Ringfeld 18 mit Ringnuten 19 anschließt, die zur Aufnahme von Kolbenringen (nicht gezeigt) bestimmt sind.
Die Figuren 2 bis 4 zeigen alternative Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Kolbens 1 , wobei für gleiche oder gleich wirkende Bauteile übereinstimmende Bezugszeichen verwendet werden. Die nachfolgenden Figurenbeschreibungen beschränken sich im Wesentlichen auf Unterscheidungsmerkmale gegenüber der Figur 1 .
Gemäß der Figur 2 umfasst der Kolben 1 zwei vertikal ausgerichtete Trennungsebenen 4b, 5a zwischen dem Grundkörper 2 und dem Ringelement 3. Die Trennungsebene 4b wird durch eine Stufe 20 des Grundkörpers 2 gebildet, die außenseitig von einem Endabschnitt des Ringelements 3 umschlossen wird. Ein Überlappungsbereich der Fügestege 7a, 7b von den zusammenwirkenden Bauteilen, dem Grundkörper 2 und dem Ringelement 3 definiert die Trennungsebene 4b.
In der Fig. 3 ist der Kolben 1 abgebildet, dessen Aufbau weitestgehend mit der Darstellung in Figur 2 übereinstimmt. Der Kolben 1 in der Figur 3 zeigt neben der Trennungsebene 4b gemäß Figur 2 die horizontal verlaufende, der Zwischenwand 16 zugeordnete Trennungsebene 5b, die durch die Fügestege 21 a, 21 b gebildet werden. Bei einem axialen Zusammenfügen der den Kolben 1 bildenden Bauteile kann die Stufe 20 des Grundkörpers 2 zur Zentrierung des Ringelements 3 genutzt werden.
Der Kolben 1 in der Figur 4 umfasst zwei geneigt, beziehungsweise schräg verlaufende Trennungsebenen 4c, 5c zwischen dem Grundkörper 2 und dem Ringelement 3. Alternativ zu einem übereinstimmend geneigten Verlauf der Trennungsebenen 4c, 5c gemäß der Figur 4, bietet es sich an, dass die Trennungsebenen 4c, 5c zueinander gegenläufig verlaufen.
Bezugszeichenliste
1 Kolben 51 Wandstärke
2 Grundkörper 52 Wandstärke
3 Ringelement H Höhenversatz
4 a Trennungsebene
4 b Trennungsebene
4 c Trennungsebene
5 a Trennungsebene
5 b Trennungsebene
5 c Trennungsebene
6 a Fügesteg
6 b Fügesteg
7 a Fügesteg
7 b Fügesteg
8 Schweißwulst
9 Schweißwulst
10 Kolbenboden
1 1 Längsachse
12 Brennraummulde
13 Kolbenschaft
14 Bolzenbohrung
15 Kühlkanal
16 Zwischenwand
17 Feuersteg
18 Ringfeld
19 Ringnut
20 Stufe
21 a Fügesteg
21 b Fügesteg

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E Zweiteilig aufgebauter Kolben einer Brennkraftmaschine
1 .
Kolben (1 ) einer Brennkraftmaschine, ausgebildet als ein zweiteilig aufgebauter Kühlkanalkolben, der aus einem Grundkörper (2) und einem Ringelement (3) besteht, wobei das ein Ringfeld (18) sowie einen Feuersteg (17) aufweisende Ringelement (2) außenseitig einen Kühlkanal (15) umschließt, der innenseitig von einer Zwischenwand (16) begrenzt ist, die den Kühlkanal (15) von einer in einem Kolbenboden (10) des Grundkörpers (2) eingebrachten Brennraummulde (12) trennt und das Ringelement (3) stoffschlüssig mit dem Grundkörper (2) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) und das Ringelement (3) gemeinsam zwei zueinander versetzte umlaufende Trennungsebenen (4a-4c;5a-5c) bilden, wozu jeweils zwei korrespondierende, zusammenwirke Fügestege (6a, 6b; 7a, 7b, 21 a, 21 b) des Ringelementes (3) und des Grundkörpers (2) stoffschlüssig verbunden sind.
2.
Kolben (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Trennungsebenen (4a, 4b; 5a, 5b) zwischen dem Ringelement (3) und dem Grundkörper (2) voneinander abweichend oder übereinstimmend vertikal oder horizontal verlaufen.
3.
Kolben (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennungsebenen (4c, 5c) schräg bzw. geneigt ausgerichtet sind.
4.
Kolben (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ringelement (3) und dem Grundkörper (2) eine vertikal ausgerichtete Trennungsebene (5a) und eine horizontal ausgerichtete Trennungsebene (4a) vorgesehen ist.
5.
Kolben (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen der dem Kolbenboden (10) zugeordneten vertikal ausgerichteten Trennungsebene (5a) und der horizontal ausgerichteten Trennungsebene (4a) ein Höhenversatz H einstellt.
6.
Kolben (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) außenseitig eine umlaufende Stufe (20) bildet, deren konzentrisch zur Längsachse (1 1 ) des Kolbens (1 ) verlaufender Fügesteg (7b) von dem Fügesteg (7a) des Ringelements (3) zumindest bereichsweise umschlossen ist.
7.
Kolben (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die korrespondierenden Fügestege (6a, 6b; 7a, 7b; 21 a, 21 b) des Ringelements (3) und des Grundkörpers (2) zumindest annähernd gleich dimensioniert sind.
8.
Kolben (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) und das Ringelement (3) aus einem übereinstimmenden Werkstoff oder aus unterschiedlichen Werkstoffen hergestellt sind.
9.
Verfahren zur Herstellung eines Kolbens (1 ) einer Brennkraftmaschine, ausgebildet als ein zweiteilig aufgebauter Kühlkanalkolben, der aus einem Grundkörper (2) und einem Ringelement (3) besteht, gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:
- Herstellen eines Grundkörpers (2) und eines Ringelements (3), als geschmiedete oder gegossene Rohlinge durch einen Schmiedeprozess oder einem Gießprozess oder die durch Ausstanzen aus einem Halbzeug aus einem Stahlwerkstoff hergestellt sind;
- Vorbearbeitung des Grundkörpers (2) und des Ringelements (3), die ein Einbringen einer Brennraummulde (12) in den Grundkörper (2) sowie die Gestaltung eines Ringfeldes (18) an dem Ringelement (3) einschließt;
- Verbinden von zwei korrespondierenden, jeweils eine Trennungsebene (4a-4c; 5a-5c) bildenden Fügestegen (6a, 6b; 7a, 7b; 21 a, 21 b) des Grundkörpers (2) und des Ringelements (3) durch eine stoffschlüssige Verbindung;
- Fertig- oder Endbearbeitung des Kolbens (1 ).
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