B E S C H R E I B U N G DESCRIPTION
Zweiteiliger Kolben für Verbrennungsmotor doppelt gefügt Two-piece piston for internal combustion engine twice joined
Die Erfindung betrifft einen Kolben, insbesondere einen Kühlkanalkolben, einer Brennkraftmaschine sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung, gemäß den Merkmalen des jeweiligen Oberbegriffes der unabhängigen Patentansprüche. The invention relates to a piston, in particular a cooling channel piston, an internal combustion engine and a method for its production, according to the features of the respective preamble of the independent claims.
Der Kolben besteht nach seiner Endbearbeitung aus einem Stück und ist zusammengesetzt aus zumindest zwei Teilen, vorzugsweise genau zwei Teilen, die voneinander getrennt hergestellt und anschließend zusammengefügt werden. The piston consists after its completion of one piece and is composed of at least two parts, preferably exactly two parts, which are made separately from each other and then joined together.
Üblicherweise werden die beiden Teile (Oberteil und Unterteil) in voneinander getrennten Prozessen, wie z. B. Schmieden, Gießen oder dergleichen, hergestellt und anschließend durch eine Schweiß- oder Lötverbindung zusammengefügt. Die DE 10 2010 056 220 A1 beschreibt beispielsweise ein einfach zu fertigendes, beispielsweise durch Gießen gefertigtes, erstes Kolbenbauteil, welches mit dem zweiten Kolbenbauteil verbunden werden kann, bevorzugt mittels eines Reibschweißverfahren. Usually, the two parts (upper part and lower part) in separate processes, such. As forging, casting or the like, and then assembled by a weld or solder joint. For example, DE 10 2010 056 220 A1 describes an easily manufactured, for example, by casting, the first piston component, which can be connected to the second piston component, preferably by means of a friction welding process.
Die Anordnung eines Passstiftes als Verdrehsicherung zwischen Kolbenschaft und Kolbenkopf wird in der Ausiegeschrift DE 22 12 922 beschrieben. Über eine Schraubverbindung werden dann Kolbenschaft und Kolbenkopf miteinander verbunden. Nachteil ist der zusätzliche Arbeitsschritt zum Einbringen der Verdrehsicherung sowie die aufwendige Schraubverbindung. The arrangement of a dowel pin as rotation between piston skirt and piston head is described in the Ausiegeschrift DE 22 12 922. About a screw connection then piston stem and piston head are connected. Disadvantage is the additional step for introducing the rotation and the complicated screw.
EP 1 878 902 A2 beschreibt den Aufbau eines Kolbens aus einem Oberteil und einem Unterteil, die über Fügestege im Bereich von Kontaktzonen abgestützt und miteinander verbunden sind. Eine Klemmverbindung entsteht hier durch ein
Verdrehen von dem Oberteil zu dem Unterteil, vergleichbar einer Kupplung. Dies ist im Handling sehr aufwendig. EP 1 878 902 A2 describes the structure of a piston comprising an upper part and a lower part, which are supported via joining webs in the region of contact zones and connected to one another. A clamping connection arises here by a Twisting from the upper part to the lower part, comparable to a coupling. This is very complicated to handle.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dass Zusammenfügen von Oberteil und Unterteil durch eine andere Fügung als durch einen Schweißvorgang oder Lötvorgang zu realisieren. The invention is based on the object that the assembly of upper part and lower part to realize by a different joining than by a welding or soldering.
Diese Aufgabe wird durch einen Kolben sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. This object is achieved by a piston and by a method having the features of the independent claims.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die mindestens zwei Kolbenteile ihrem Verbindungsbereich korrespondierende Geometrien aufweisen, um eine formschlüssige Verbindung zu bewirken. Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die beiden Teile durch einen Formschluss dauerhaft zu einem einstückigen Kolben zusammengefügt werden. Der Formschluss und die entsprechend gestalteten Bereiche des Oberteiles und des Unterteiles, die den Formschluss bilden, sind dabei so gestaltet, dass die beiden Teile nach Ausführung des Formschluss-Vorganges dauerhaft und unlösbar miteinander verbunden sind. Da es sich bei einem Kolben einer Brennkraftmaschine um Bauteile handelt, die aus einem etallwerkstoff (wie z. B. Stahl, Aluminium oder dergleichen) bestehen, kann es erforderlich sein, dass zumindest diejenigen Bereiche, die für den Formschluss erforderlich sind, aber auch das gesamte Oberteil und das gesamte Unterteil, vor dem Zusammenfügen auf eine deutlich höhere Temperatur als die Umgebungstemperatur erwärmt werden. Die formschlüssige Verbindung zwischen dem Unterteil und dem Oberteil erfolgt in einer Fügerichtung. Eine Fügerichtung erleichtert das Handling und erlaubt höhere Taktzeiten. According to the invention, it is provided that the at least two piston parts have geometries corresponding to their connection region in order to effect a positive connection. Furthermore, the invention provides that the two parts are permanently joined together by a form fit to a one-piece piston. The positive connection and the correspondingly shaped areas of the upper part and the lower part, which form the positive locking, are designed so that the two parts are permanently and permanently connected to each other after execution of the positive locking operation. Since a piston of an internal combustion engine is a component made of a structural material (such as steel, aluminum, or the like), it may be necessary to have at least those portions required for positive engagement, but also the other entire upper part and the entire lower part, are heated to a much higher temperature than the ambient temperature before assembly. The positive connection between the lower part and the upper part takes place in a joining direction. A joining direction facilitates the handling and allows higher cycle times.
In besonders vorteilhafter Weise sind diejenigen Bereiche des Oberteiles und des Unterteiles die vor dem Fügen einander zugewandt sind, und die den Formschluss letztendlich bilden, als Schwalbenschwanznut und entsprechend ausgebildete Gegenfeder ausgebildet. In a particularly advantageous manner, those areas of the upper part and the lower part which face each other before the joining, and which form the positive locking ultimately formed as a dovetail groove and correspondingly formed counter spring.
Eine Verbindung, bei der wenigstens zwei zu verbindende Komponenten mechanisch ineinander greifen und aufgrund ihrer geometrischen Form der zu
verbindenden Komponenten im Verbindungsbereich die Verbindung bestehen bleibt, wird als Formschluss bezeichnet. Auch wenn keine Kraftübertragung zwischen den zu verbindenden Komponenten erfolgt beziehungsweise die Kraftübertragung zwischen den zu verbindenden Komponenten unterbrochen ist, wird die Verbindung aufrecht erhalten. Verbindungen mit Hinterschnitt, Nietverbindungen oder Schwalbenschwanzverbindungen werden beispielsweise den formschlüssigen Verbindungen zugerechnet. A compound in which at least two components to be mechanically interlocked and due to their geometric shape to connecting components in the connection area the connection remains, is referred to as positive locking. Even if there is no power transmission between the components to be connected or the power transmission between the components to be connected is interrupted, the connection is maintained. Connections with undercut, riveted joints or dovetail joints are, for example, attributed to the positive connections.
Die Bezeichnung Schwalbenschwanzprofil bzw. -Verbindung wird gewählt, wenn im Querschnitt gesehen, die Form der Feder bzw. der Nut entfernt an die gegabelte Form des Schwanzes einer Schwalbe erinnert. Mit anderen Worten, wenn die Geometrie der Feder bzw. der Nut im Querschnitt einem Trapez entspricht, einem ebenen Viereck mit zwei parallel zueinander liegenden Seiten. The term dovetail profile or connection is selected when viewed in cross-section, the shape of the spring or the groove remotely reminiscent of the bifurcated shape of the tail of a swallow. In other words, if the geometry of the spring or the groove in cross section corresponds to a trapezoid, a flat quadrilateral with two mutually parallel sides.
Weiterhin ist als Geometrie der Feder im Querschnitt ein mit seiner Spitze an das zu verbindende Element angebundenes Dreieck, insbesondere gleichschenkliges Dreieck vorstellbar. Die Nut weist dann eine entsprechende korrespondierende Querschnittsform zur Aufnahme der Feder auf. Furthermore, as a geometry of the spring in cross-section with its tip connected to the element to be connected triangle, in particular isosceles triangle conceivable. The groove then has a corresponding corresponding cross-sectional shape for receiving the spring.
Kolben, insbesondere Kühlkanalkolben, einer Brennkraftmaschine, umfassend mindestens ein Unterteil und mindestens ein Oberteil, wobei die mindestens zwei Kolbentetle in ihrem Verbindungsbereich korrespondierende Geometrien aufweisen, um eine formschlüssige Verbindung zu bewirken. Hierdurch wird eine robuste Verbindung zwischen dem mindestens einem Unterteil eines Kolbens und dem mindestens einem Oberteil eines Kolbens geschaffen, die den Anforderungen an den Einsatz in einer Brennkraftmaschine genügt und damit langfristig den Betriebsbedingungen stand hält. Piston, in particular cooling channel piston, an internal combustion engine comprising at least one lower part and at least one upper part, wherein the at least two Kolbentetle have in their connection region corresponding geometries to effect a positive connection. As a result, a robust connection between the at least one lower part of a piston and the at least one upper part of a piston is created, which meets the requirements for use in an internal combustion engine and thus long term conditions of operation withstands.
Erfindungsgemäß ist für den Kolben vorgesehen, dass korrespondierende Geometrien als Nut und Feder ausgeführt sind. Hierdurch wird eine sichere formschlüssige Verbindung geschaffen, da die Nut bevorzugt einen Hinterschnitt aufweist, welcher von der Feder hinter griffen wird. Die hierzu benötigten Geometrien können mit vertretbaren Aufwand großtechnisch hergestellt werden.
Erfindungsgemäß ist für den Kolben vorgesehen, dass die Feder zumindest nach dem Fügen das Profil einer Gegenfeder zur Nut aufweist. Denkbar ist hier, dass die Feder vor dem Fügen bereits die Geometrie der Nut aufweist. Hierbei erfolgt während des Fügeprozesses eine temporäre, bevorzugt elastische Verformung der Fede. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung nimmt die Feder erst während des Fügeprozesses die Geometrie der Feder an. Hierbei können Toleranzen aus dem Fertigungsprozess sicher ausgeglichen werden, da die genaue Geometrie der Befestigungsmittel erst während des Fügevorganges entsteht. In beiden geschilderten Fällen entsteht eine robuste formschlüssige Verbindung zwischen dem mindestens einem Unterteil und dem mindestens einem Oberteil des Kolbens. According to the invention, it is provided for the piston that corresponding geometries are designed as tongue and groove. As a result, a secure positive connection is created because the groove preferably has an undercut, which is accessed by the spring behind. The geometries required for this purpose can be produced industrially with reasonable effort. According to the invention, it is provided for the piston that the spring, at least after joining, has the profile of a counter-spring to the groove. It is conceivable here that the spring already has the geometry of the groove before joining. During the joining process, a temporary, preferably elastic deformation of the spring takes place. In a further embodiment of the invention, the spring assumes the geometry of the spring only during the joining process. In this case, tolerances can be safely compensated from the manufacturing process, since the exact geometry of the fastener is formed only during the joining process. In both cases described, a robust positive connection is created between the at least one lower part and the at least one upper part of the piston.
Erfindungsgemäß ist für den Kolben vorgesehen, dass die Nut in ihrem Schnitt das Negativ eines Schwalbenschwanzprofils aufweist. Hierdurch entstehen Hinterschnitte, welche von der Feder sicher hintergriffen werden können. Es entsteht somit eine belastbare formschlüssige Verbindung. According to the invention, it is provided for the piston that the groove has in its section the negative of a dovetail profile. This creates undercuts, which can be safely engaged behind by the spring. It thus creates a resilient positive connection.
Erfindungsgemäß ist für den Kolben vorgesehen, dass die Feder zumindest nach dem Fügen im Schnitt ein Schwalbenschwanzprofil aufweist. Vor dem Fügen kann die Form der Feder im Querschnitt von der Form der Nut abweichen. Nach dem Fügen füllt die Feder nahezu, bevorzugt vollständig die Nut aus. According to the invention, it is provided for the piston that the spring has a dovetail profile at least after the joining in section. Before joining, the shape of the spring may deviate in cross-section from the shape of the groove. After joining, the spring almost fills, preferably completely out the groove.
Erfindungsgemäß ist für den Kolben vorgesehen, dass Unterteil und Oberteil nach Ausführung des Formschluss-Vorganges dauerhaft und unlösbar miteinander verbunden sind. In einem Fügeschritt der mit hohen Taktzeiten erfolgen kann, werden einteilige Kolben erzeugt. Es erfolgt kein zusätzlicher Wärmeeintrag in das Material, welcher zu einer Veränderung des Gefüges innerhalb der Legierung 'bzw. des Metalls führen könnte. Die Materialeigenschaften des Ausgangsmaterial bleiben vollumfänglich erhalten. According to the invention, provision is made for the piston that the lower part and the upper part are permanently and non-releasably connected to one another after the form-locking process has been carried out. In a joining step that can be done with high cycle times, one-piece pistons are produced. There is no additional heat input into the material, which could lead to a change in the structure within the alloy ' or of the metal. The material properties of the starting material are fully retained.
Verfahren zur Herstellung einer formschlüssigen Verbindung zwischen Unterteil und Oberteil eines Kolbens, insbesondere Kühlkanalkolbens, für eine Brennkraftmaschine, wobei die formschlüssige Verbindung in einem Arbeitsschritt mit einer Fügerichtung hergestellt wird. Die Verbindung wird somit bei hohen Taktzeiten sicher hergestellt. Der Fügeprozess kann über die Dokumentation der Kraft beim
Fügen überwacht werden. Eine aufwendige Überwachung der Fügestelle im Nachgang, wie beispielsweise bei einer stoffschlüssigen Verbindung erforderlich, entfällt. Auch Verringern sich Aufwand und Kosten für Handiingwerkzeuge, da lediglich eine Fügerichtung realisiert werden muss. A method for producing a positive connection between the lower part and the upper part of a piston, in particular cooling channel piston, for an internal combustion engine, wherein the positive connection is produced in one step with a joining direction. The connection is thus reliably produced at high cycle times. The joining process can be described by the documentation of the force Joining be monitored. An elaborate monitoring of the joint in the subsequent, as required for example in a cohesive connection, is eliminated. Also reduces effort and costs for Handiingwerkzeuge, since only one joining direction must be realized.
Erfindungsgemäß ist für das Verfahren vorgesehen, dass mindestens ein Teil, Oberteil oder Unterteil vor dem Zusammenfügen auf eine deutlich höhere Temperatur als die Umgebungstemperatur erwärmt werden. Um den Fügeprozess zu Unterstützen, kann eines der zu fügenden Teile vor dem Zusammenfügen erhitzt werden. Wenn Feder und Nut vor dem Fügen unterschiedliche Geometrien aufweisen, erleichtert das Erhitzen einer Komponente das Finden der neuen Form der Feder. According to the invention, it is provided for the method that at least one part, upper part or lower part is heated to a significantly higher temperature than the ambient temperature before assembly. To assist in the joining process, one of the parts to be joined may be heated prior to assembly. If the spring and groove have different geometries prior to joining, heating a component facilitates finding the new shape of the spring.
Erfindungsgemäß ist für das Verfahren vorgesehen, dass die Feder während des Fügevorganges die Geometrie der Nut annimmt. Hierdurch wird eine spielfreie, formschlüssige Verbindung erzeugt. According to the invention, it is provided for the method that the spring assumes the geometry of the groove during the joining process. As a result, a play-free, positive connection is generated.
Erfindungsgemäß ist für das Verfahren vorgesehen, dass durch die Heißumformung eine unlösbare mindestens formschlüssige Verbindung zwischen dem Unterteil und dem Oberteil eines Kolbens entsteht. Hierdurch wird die Verbindung zwischen dem mindestens einem Unterteil und dem mindestens einem Oberteil des Kolbens derart ausgebildet, dass sie sich während des Betriebs einer Brennkraftmaschine nicht lösen kann. According to the invention, it is provided for the method that the hot forming results in a non-detachable, at least form-fitting connection between the lower part and the upper part of a piston. As a result, the connection between the at least one lower part and the at least one upper part of the piston is formed such that it can not come loose during operation of an internal combustion engine.
Ausgebildet ist der erfindungsgemäße Formschluss derart, dass er den beim Betrieb in einer Brennkraftmaschine ausgesetzten Kräften entgegenwirkt. Dies sind überwiegend Kräfte, deren Vektor parallel zur zentralen Längsachse des Kolbens verläuft. Trained is the positive connection according to the invention such that it counteracts the forces exposed during operation in an internal combustion engine. These are predominantly forces whose vector is parallel to the central longitudinal axis of the piston.
Nähere Details der Erfindung werden im Zusammenhang mit den Figuren erläutert. Es zeigen: eine Schnittansicht eines zweiteiligen Kolben vor dem Fügen,
Fig. 2A und B eine Schnittansicht vor und nach dem Fügevorgang, Further details of the invention will be explained in connection with the figures. 1 shows a sectional view of a two-part piston before joining, 2A and B is a sectional view before and after the joining process,
Fig. 3A und B einen gefügten Kolbenrohling Fig. 3A and B a joined piston blank
Fig. 4A und B einen Fertigkolben sowie eine Schnittansicht eines 4A and B a finished piston and a sectional view of a
Fertigkolbens, Finished piston,
Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Kolbenoberteiles (NKW- Kolben) als Schnittansicht, 5 shows a further embodiment of a piston upper part (commercial vehicle piston) as a sectional view,
Fig. 6 eine Schnittansicht nach dem Fügen des Kolbens gemäß Fig. 5 und Fig. 6 is a sectional view after the joining of the piston of FIG. 5 and
Fig. 7A und B einen Fertigkolben sowie eine Schnittansicht 7A and B a finished piston and a sectional view
Fertigkolbens gemäß Fig. 5. Finished piston according to FIG. 5.
Die Figuren 1 bis 4B zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbens und die Figuren 5 bis 7B zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbens. Für gleiche Elemente werden für beide Ausführungsbeispiele gleiche Bezugszeichen vergeben. Figures 1 to 4B show a first embodiment of a piston according to the invention and Figures 5 to 7B show a further embodiment of a piston according to the invention. For the same elements, the same reference numerals are given for both embodiments.
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. In the following description of the figures, terms such as 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.
Figur 1 zeigt ein Oberteil 3 (hier als Drehtei! ausgebildet) und ein Unterteil 2, dass als geschmiedetes Unterteil 2, eines Kolben 1 ausgebildet ist. Andere Herstellungsverfahren und Kombinationen sind selbstverständlich denkbar. FIG. 1 shows an upper part 3 (here designed as a rotating part) and a lower part 2, which is designed as a forged lower part 2, a piston 1. Other manufacturing methods and combinations are of course conceivable.
Im Querschnitt ist im Unterteil 2 die radial umlaufende Nut 4 ausgeführt als Schwaibenschwanznut erkennbar, wobei hier zwei radial und konzentrisch
zueinander angeordnete Nuten 4 vorhanden sind. Alternativ dazu können auch nur eine Nut 4 oder auch mehr als zwei Nuten 4 vorhanden sein. Im Oberteil 3 sind die entsprechenden Federn 5 vorhanden, die in die als Schwalbenschwanznut ausgeführte Nut 4 eingreifen, wenn das Oberteil 3 mit dem Unterteil 2 zusammengefügt wird. Ebenso sind andere geometrische Formen der Nut 4 denkbar. Weiterhin ist gezeigt, dass der Bereich 6 des Oberteiles 3 vor dem Fügen erwärmt wird. Hierbei handelt es sich insbesondere um die Feder 5 bzw. die Federn 5, die in die Schwalbenschwanznut 4 bzw. die Schwalbenschwanznuten 4 eingreifen sollen. Alternativ oder ergänzend dazu kann auch die Nut 4 selber erwärmt werden. In cross-section, the radially encircling groove 4 is executed as a Schwaibenschwanznut recognizable in the lower part 2, in which case two radially and concentrically mutually arranged grooves 4 are present. Alternatively, only one groove 4 or more than two grooves 4 may be present. In the upper part 3, the corresponding springs 5 are present, which engage in the executed as a dovetail groove 4 when the upper part 3 is joined to the lower part 2. Likewise, other geometric shapes of the groove 4 are conceivable. Furthermore, it is shown that the region 6 of the upper part 3 is heated before joining. These are in particular the spring 5 and the springs 5, which are intended to engage in the dovetail groove 4 and the dovetail grooves 4, respectively. Alternatively or additionally, the groove 4 itself can be heated.
Figur 2 zeigt den Zustand, bei dem das Oberteil 3 auf das Unterteil 2 gedrückt bzw. gepresst wird, fn der oberen Darstellung der Figur 2 ist das Oberteil 3 noch nicht vollständig auf das Unterteil 2 gedrückt. Dies ist daran erkennbar, dass die nach unten weisenden Federn 5 noch nicht vollständig in die Nut 4 eingedrückt sind und sich noch nicht verformt haben. Erst wenn weiter von dem Oberteil 3 in Richtung des Unterteils 2 gedrückt bzw. gepresst wird, kommt es zu einer Verformung der Federn 5 des Oberteiles 3 in den Nuten 4 des Unterteiles 2, wie es in der unteren Darstellung der Figur 2 erkennbar ist. Hierbei liegen auch die zueinander gewandten Fügeflächen 7 des Oberteiles 3 auf den entsprechenden Oberflächen des Unterteiles 2 vollflächig auf. Die Fügerichtung ist in den Figuren mit dem Bezugszeichen F gekennzeichnet. Figure 2 shows the state in which the upper part 3 is pressed or pressed onto the lower part 2, fn the upper view of Figure 2, the upper part 3 is not yet fully pressed onto the lower part 2. This is evident from the fact that the downwardly facing springs 5 are not yet fully pressed into the groove 4 and have not yet deformed. Only when further pressed or pressed by the upper part 3 in the direction of the lower part 2, there is a deformation of the springs 5 of the upper part 3 in the grooves 4 of the lower part 2, as can be seen in the lower illustration of FIG. Here are also facing each other joining surfaces 7 of the upper part 3 on the corresponding surfaces of the lower part 2 over the entire surface. The joining direction is identified by the reference symbol F in the figures.
Figur 3 zeigt einen den gemäß Figuren 1 und 2 konstruierten und zusammengefügten Kolbenrohling 8, der noch einer Endbearbeitung zugeführt werden muss, bevor er betriebsbereit in den Zylinder einer Brennkraftmaschine eingebaut werden kann. FIG. 3 shows a piston blank 8 designed and assembled according to FIGS. 1 and 2, which still has to be supplied to a finishing operation before it can be operationally installed in the cylinder of an internal combustion engine.
Figur 4A und 4B zeigen schließlich den endbearbeiteten Fertigkolben 1 , in den z. B. Ringnuten 9 und Ventiltaschen 10 eingebracht worden sind. Außerdem erfolgte eine Bearbeitung des Innenbereiches der Brennraummuide 1 1. An dieser Stelle sei erwähnt, dass die Trennebene 12 zwischen Oberteil 3 und Unterteil 2 gestuft ist, jedoch auch in der gleichen Ebene liegen kann. Außerdem bestehen Variationsmöglichkeiten hinsichtlich der Trennebene 12 zwischen dem Oberteil 3 und dem Unterteil 2. In Figur 4B ist eine Trennebene 12 (von oben betrachtet) zwischen
7 Figures 4A and 4B finally show the finished finished piston 1, in the z. B. annular grooves 9 and valve pockets 10 have been introduced. In addition, there was a processing of the interior of the combustion chamber 1 1 1. At this point it should be noted that the parting plane 12 is stepped between the upper part 3 and lower part 2, but may also lie in the same plane. In addition, there are variations with regard to the parting plane 12 between the upper part 3 and the lower part 2. In Figure 4B is a parting plane 12 (viewed from above) between 7
8 8th
der obersten und mittleren Ringnut 9 erkennbar. Die äußere Trennebene 12 kann aber auch darüber oder darunter liegen. Außerdem ist in den Figuren 4A und 4B ein Kühikanalkolben gezeigt, der um die Brennraummulde 11 herum konzentrisch einen radial umlaufenden Kühlkanal 13 aufweist. Ein solcher Kühlkanal kann, muss aber nicht vorhanden sein. Gleiches gilt für die Brennraummulde 11. Ebenso ist die Bauform nicht auf eine solche beschränkt, wie sie in den Figuren 4 dargestellt ist. Bei dieser Bauform weist der Fertigkolben 1 zwei gegenüberliegende Schaftwandabschnitte 14 auf, die sich im Betrieb des Kolbens 1 an der Zylinderwand der Brennkraftmaschine abstützen. Die beiden tragenden Schaftwandabschnitte 14 sind über zurückgesetzte Verbindungswände 15 miteinander verbunden, wobei in den Verbindungswänden 15 in an sich bekannterweise die Bolzenbohrung 16 angeordnet ist. Neben dieser Bauform sind selbstverständlich auch andere Bauformen von Kolben für Brennkraftmaschinen denkbar, auf die das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Ausbildung anwendbar sind. the top and middle annular groove 9 recognizable. The outer parting plane 12 may also be above or below it. In addition, a Kühikanalkolben is shown in Figures 4A and 4B, which concentrically around the combustion chamber 11 around a radially encircling cooling channel 13 has. Such a cooling channel may, but need not be present. The same applies to the combustion chamber trough 11. Likewise, the design is not limited to such, as shown in Figures 4. In this design, the finished piston 1 has two opposite shaft wall sections 14, which are supported on the cylinder wall of the internal combustion engine during operation of the piston 1. The two supporting shaft wall sections 14 are connected to each other via recessed connecting walls 15, wherein in the connecting walls 15 in known per se, the pin bore 16 is arranged. In addition to this design, of course, other types of piston for internal combustion engines are conceivable, to which the method and the inventive construction are applicable.
Figur 5 zeigt eine alternative Ausgestaltung eines Kolbenrohlings 8' des Oberteiles 3' des Kolbens gemäß den Figuren 1 bis 4Br wobei erkennbar ist, dass in diesem Oberteil 3' Transferbohrungen 17 vorhanden sind. Mittels dieser Transferbohrungen 17 ist es möglich, zwischen dem radial umlaufenden äußeren Kühlkanal 13 und dem innenliegenden Innenbereich 18 des Kolbens ein Kühlmedium auszutauschen. In einem solchen Fall weist der Kolben einen äußeren (hier radial umlaufenden) FIG. 5 shows an alternative embodiment of a piston blank 8 'of the upper part 3' of the piston according to FIGS. 1 to 4B r, wherein it can be seen that transfer bores 17 are present in this upper part 3 '. By means of these transfer bores 17, it is possible to exchange a cooling medium between the radially encircling outer cooling channel 13 and the inner inner region 18 of the piston. In such a case, the piston has an outer (here radially encircling)
Kühlkanal 13 und einen innenliegenden als Kühlraum ausgeführten Innenbereich 18 auf. Aufgrund der gezeigten Anordnungen der Transferbohrungen 17 können diese besser in das Oberteil 3' eingebracht und nach dem Einbringen besser entgratet werden. Cooling channel 13 and an inner designed as a refrigerator interior 18. Due to the arrangements of the transfer bores 17 shown, they can be better introduced into the upper part 3 'and better deburred after insertion.
Die Figuren 6, 7A und 7B zeigen eine Variante eines Kolbens 1 ", der spezieil auf die Erfordernisse in Nutzkraftwagen (NKW) ausgerichtet ist, Figur 6 zeigt den Kolbenrohling 8", nach dem das Oberteil 3" und das Unterteil 2" erfindungsgemäß zusammengefügt worden sind. Die Figuren 7A und 7B zeigen den fertigen Kolben 1 ", der der Endbearbeitung zugeführt wurde. Hier ist insbesondere erkennbar, dass die Ringnuten 9 und weitere Einstiche 19 oberhalb und unterhalb der Ringnuten 9 eingebracht worden sind.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, dass durch den erfindungsgemäßen Formschluss keine Schwächungen im Gefüge im Bereich des Oberteiles 3, 3', 3" und des Unterteiles 2, 2", die zusammengefügt werden, auftreten. Solche Schwächungen entstehen insbesondere bei Schweißverbindungen in nachteiliger Weise. Ebenfalls entstehen bei Schweißoder Lötverbindungen in nachteiliger Weise Wulste (insbesondere bei einem Reibschweißverfahren, Reibschweißwulste), die entfernt werden müssen, soweit dies aufgrund der Konstruktion des Kolbens 1 , 1 " überhaupt möglich ist. Verbleiben die beim Schweißen entstehenden Wulste, insbesondere die Reibschweißwulste, in Bereichen, die nach dem Zusammenfügen der beiden Teile nicht mehr zugänglich sind (z. B. innerhalb des Kühlkanales 13), können sich diese störend im Betrieb des Kolbens 1 , 1 " auswirken, weil z. B. das Kühlmedium nicht ungehindert in dem Kühlkanal 13 zirkulieren kann. Diese Nachteile überwindet der erfindungsgemäße formschlüssige Fügevorgang in besonders vorteilhafter Weise.
Figures 6, 7A and 7B show a variant of a piston 1 ", which is specifically geared to the requirements in commercial vehicles (NPP), Figure 6 shows the piston blank 8", after which the upper part 3 "and the lower part 2" have been assembled according to the invention are. 7A and 7B show the finished piston 1 ", which has been supplied to the finishing operation Here, it can be seen in particular that the annular grooves 9 and further recesses 19 have been introduced above and below the annular grooves 9. Another significant advantage of the method according to the invention is the fact that no weakenings in the structure in the region of the upper part 3, 3 ', 3 "and of the lower part 2, 2", which are joined together, occur due to the form-locking connection according to the invention. Such weakenings arise in particular in welded joints in a disadvantageous manner. Also in the case of welded or soldered joints, beads (in particular in a friction welding method, friction welding beads) which must be removed are rendered disadvantageous, if at all possible because of the construction of the piston 1, 1 " Areas that are no longer accessible after the joining of the two parts (eg., Within the cooling channel 13), these can interfere with the operation of the piston 1, 1 "effect, because z. B. the cooling medium can not circulate freely in the cooling channel 13. These drawbacks overcomes the positive joining process according to the invention in a particularly advantageous manner.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Kolben 1 piston
1 " Kolben 1 "piston
2 Unterteil 2 lower part
2" Unterteil 2 "lower part
3 Oberteil 3 shell
3' Oberteil 3 'top
3" Oberteil 3 "top
4 Nut 4 groove
5 Feder 5 spring
6 Bereich 6 area
7 Fügefläche 7 joining surface
8 Kolbenrohüng 8 piston flasks
8' Kolbenrohling 8 'piston blank
8" Kolbenrohling 8 "piston blank
9 Ringnut 9 ring groove
10 Ventiltasche 10 valve bag
11 Brennraummulde 11 combustion bowl
12 Trennebene 12 parting plane
13 Kühlkanal 13 cooling channel
14 Schaftwand abschnitt 14 shaft wall section
15 Verbindungswand15 connecting wall
16 Bolzenbohrung 16 bolt hole
17 Transferbohrung 17 transfer hole
18 Innenbereich / Kühlraum18 indoor / cold room
19 Einstich
ņügerichtung
19 puncture ņügerichtung