EP3206813A1 - Verfahren zur hestellung eines kolbens - Google Patents

Verfahren zur hestellung eines kolbens

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Publication number
EP3206813A1
EP3206813A1 EP15787501.4A EP15787501A EP3206813A1 EP 3206813 A1 EP3206813 A1 EP 3206813A1 EP 15787501 A EP15787501 A EP 15787501A EP 3206813 A1 EP3206813 A1 EP 3206813A1
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EP
European Patent Office
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piston
piston blank
area
blank
clamping
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15787501.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Janssen
Christian Schaller
Dietmar Spindler
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 EP3206813A1 publication Critical patent/EP3206813A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
    • B23P15/10—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass pistons
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J5/00—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
    • B21J5/002—Hybrid process, e.g. forging following casting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21K—MAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K1/00—Making machine elements
    • B21K1/18—Making machine elements pistons or plungers
    • 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
    • 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
    • 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
    • F16J1/09—Pistons; Trunk pistons; Plungers with means for guiding fluids

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a piston and a piston produced thereafter according to the features of the respective preamble of the independent claims.
  • piston blanks are manufactured for the production of pistons. These are usually produced by forging, casting or similar processes. After the piston has been made blank and the further processing, in particular a fine machining, to be subjected, it is necessary to fix this piston in a processing machine in its position so that this machine can take further processing. In particular, when the piston blank is clamped in the machine, it can disadvantageously come to a deformation by acting on the piston blank clamping pressures.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a production method for a piston with which the disadvantages described above are avoided.
  • a corresponding piston blank should be specified.
  • the piston blank is provided during and / or after production with a region having a circumferential surface with at least two distinct corners and / or curves for clamping the Koibenrohiings for subsequent processing.
  • the Koibenrohling is produced depending on its intended use in a suitable process, such as a forging process, a casting process or other suitable methods for the production of piston blanks.
  • Such piston blanks are not yet ready for use and must be clamped in a corresponding machine for further processing, in particular for finishing in the range of the outer diameter, or other processing.
  • the piston blank is provided in those areas with which it is clamped in the processing machine for further processing, ie fixed in position, with a region having a circumferential surface with at least two distinct corners and / or curves , If the piston blank is produced in a casting or forging process, it is conceivable to introduce this region for later clamping of the piston blank in the processing machine with production of the piston blank.
  • the mold for the piston blank may have corresponding geometries. The same applies to a forging method and other methods for producing a piston blank.
  • the region with the circumferential surface partially with the production of the piston blank and additionally provide a sub-area in addition to the sub-area in the Koibenrohling, resulting in an overall area for clamping the piston blank for further processing.
  • This has, for example, the advantage in the event that the additional clamping area can be reused by temporarily releasably attached to the Koibenrohling is attached. Only the area in the cooktop blank remaining there does not require further processing or partial processing or complete processing to remove this clamping area.
  • the at least two distinct corners are introduced as a polygon in the piston blank.
  • Such a polygon is, for example, a triangle, a square, a rectangle, a pentagon or a polygon with more than five corners.
  • the clamping tool of the processing machine in which the piston blank is clamped over the region with the circumferential surface, is formed corresponding and adapted to releasably receive the piston blank with this additional clamping region.
  • the best possible clamping range can be selected not only as a function of the clamping tool of the machine tool, but also of the actual machining operation, so that this machining operation can be performed optimally.
  • those shapes can be selected which are suitable, after clamping and machining of the piston blank, to remain either partially or completely on this piston blank and thus on the later finished and thus ready-to-use piston.
  • the possibilities are provided that the region with the circumferential surface after the finishing of the piston blank is either completely removed or partially removed or completely remains on the piston blank (without removal).
  • the clamping area completely remains on the piston blank, since thus the set structure (be it by a forging method, a casting method or another method) is no longer impaired because of Clamping range does not have to be removed.
  • a slight or even slight impairment of the microstructure can be tolerated if the additionally existing clamping region is partially or even completely removed.
  • Such an impairment does not matter if the cocking area that is removed is present in a region of the piston in which such impairments of the structure play no or only a subordinate role or this area is subjected to a further subsequent processing.
  • the clamping range is provided in a piston with a combustion bowl in a particularly advantageous manner in the region of the combustion bowl trough edge, wherein the clamping region is not that region which forms the later combustion bowl trough edge, because it is removed.
  • the arrangement of the clamping region in the combustion bowl trough edge region if after the removal of the clamping region of the then existing combustion bowl trough edge of a curing (eg by means of a reflow process or the like) is subjected.
  • the starting point for the present invention is a piston blank.
  • it is produced in a forging process or a casting process or similar process.
  • a further machining of the piston is required.
  • the piston blank in those areas with which it is fixed in position in the machine for further processing, provided with a circumferential surface with at least two distinct corners and / or curves.
  • This may be, for example, a triangular shape, a square shape, a rectangular shape, an oval shape or shapes with more than four corners and / or curves.
  • the curves are concave and / or convex with respect to an axis of the piston, in particular with respect to the Koibenhubachse.
  • a polygon in particular a symmetrical or asymmetrical polygon (viewed in cross-section), is formed on or in the piston so as to provide a fastening region by means of which the piston is fixed in position in the machine for further processing.
  • a polygon can also be formed as a Torx.
  • the region in which the polygon according to the invention is provided is either only one region, which is formed by the piston blank, which is not required in the later use of the piston in the internal combustion engine and is therefore completely removed during finishing.
  • the area may also be part of an element of the piston. In this case, for example, it is the combustion chamber trough produced after finishing the piston.
  • the geometry of the finished combustion chamber guide is formed in the Kolbenrohüng so that the polygon described above is introduced in the region of the later combustion bowl. Over this clamping range, the piston blank can be fixed in position in the machine for further processing (such as a forging process, chip removal or drilling process). After these further processing steps have been carried out, the area of the previously formed polygon is then still eliminated and given the almost finished machined piston blank in this area its final shape.
  • the application of the above manufacturing method is not limited to the area of the combustion bowl of the later finished piston, but may be performed elsewhere (such as inside the inside of the later shaft) and other areas.
  • a method for producing a piston and piston produced thereafter wherein in a prefabricated piston blank a polygon is introduced, being fixed in position on this introduced into the piston blank polygon of the piston in a machine for further processing.
  • the piston blank is formed from at least two parts. These exactly two parts (for example, an upper part with a ring section, possibly also with a combustion bowl or with at least one cooling channel, as well as a lower part at least with a Koibenschaft) or possibly. Also more than two parts are separately after identical or different methods (for example, glazing, forging or other suitable method) and made of the same or different materials (for example, steel material, aluminum material and the like) and joined by means of a suitable joining method inextricably to a one-piece piston blank, the further processing (for Example intermediate machining, in order to process joining areas, in particular removal of welding beads, which arise during friction welding, or a finishing, for example, to realize the required final mass) is subjected.
  • identical or different methods for example, glazing, forging or other suitable method
  • materials for example, steel material, aluminum material and the like
  • the piston blank is provided during and / or after production with a region having a circumferential surface with at least two distinct corners and / or curves for clamping the piston blank for subsequent processing to a reliable holding the piston blank to ensure in a clamping tool of the processing machine.
  • both parts are provided with an area with a circumferential surface with at least two distinct corners and / or curves for clamping the piston blank and the subsequent processing is a Reibschweiss vide to the two parts together unsolvable.
  • FIG. 1 shows by way of example a polygon with inwardly directed bends.
  • the individual sheets according to Figure 1 are different from each other, but may also all a uniform, that is symmetrical.
  • the same applies to the polygon shown in FIG. Again, it is conceivable that the outward curves and / or the inward curves all the same, sometimes the same or completely different from each other to make.
  • FIG. 3 shows, in principle, the upper part (piston head or piston head) of a coulter blank, which is designated by the reference number 1.
  • An interior of the piston, which is not shown completely, is designated by 2, wherein the reference numeral 3 designates a cooling channel which may or may not be present.
  • the piston blank 1 shown in Figure 3 is produced in a forging or casting or similar process, with a combustion bowl 4 is already partially prefabricated.
  • the focal cavity 4 is not yet completely formed, but there are preferably circumferential portions 5 present, which is provided with a polygon, for example, according to Figure 1 or Figure 2 or other forms.
  • about this polygonal region 5 of the piston blank 1 is fixed in the machine for further processing in its position. After this further processing has taken place, the hatched area 5 is also removed by subsequent processing, so that the combustion bowl 4 receives its final contour.
  • FIG. 4 shows, as an alternative, that a piston blank 1, for example designed in the same way as the piston blank 1 according to FIG. 3, is hatched (hatched) during its manufacture with an additional region 6.
  • the hatched area 6 according to FIG. 4 likewise like the hatched area 5 according to FIG. 3, has a polygonal area, in particular a polygonal circumferential side area (viewed from above from the direction of the piston stroke axis).
  • the piston blank 1 according to FIG. 4 can be fixed in position in the machine for its further processing. After this is done, the area 6 is removed, either without a combustion bowl 4 is introduced (so that an approximately flat piston bottom is formed) or additionally a combustion bowl 4 is formed.

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Kolbens, wobei zunächst ein Kolbenrohling (1) hergestellt und danach fertigbearbeitet wird,dadurch gekennzeichnet, dassder Kolbenrohling (1) während und/oder nach der Herstellung mit einem Bereich mit einer umlaufenden Fläche mit zumindest zwei ausgeprägten Ecken und/oder Rundungen zum Einspannen des Kolbenrohlings (1) für eine anschließende Bearbeitung versehen wird.

Description

B E S C H R E I B U N G
VERFAHREN ZUR HESTELLUNG EINES KOLBENS
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbens und einen danach hergestellten Kolben gemäß den Merkmalen des jeweiligen Oberbegriffes der unabhängigen Patentansprüche.
Es ist bekannt, dass zur Hersteilung von Kolben Kolbenrohlinge gefertigt werden. Diese werden im Regelfall im Schmiedeverfahren, Gießverfahren oder ähnlichen Verfahren hergestellt. Nachdem der Kolben rohling gefertigt worden ist und der weiteren Bearbeitung, insbesondere einer Feinbearbeitung, unterzogen werden soll, ist es erforderlich, diesen Kolben in einer Bearbeitungsmaschine in seiner Lage zu fixieren, damit mit dieser Maschine die weitere Bearbeitung stattfinden kann. Insbesondere dann, wenn der Kolbenrohling in der Maschine eingespannt wird, kann es in nachteiliger Weise zu einer Verformung durch die auf den Kolbenrohling wirkenden Spanndrücke kommen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Herstellungsverfahren für einen Kolben anzugeben, mit dem die eingangs geschilderten Nachteile vermieden werden. Ausserdem soll ein entsprechender Kolbenrohling angegeben werden.
Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Kolbenrohling während und/oder nach der Herstellung mit einem Bereich mit einer umlaufenden Fläche mit zumindest zwei ausgeprägten Ecken und/oder Rundungen zum Einspannen des Koibenrohiings für eine anschließende Bearbeitung versehen wird. Der Koibenrohling wird abhängig von seinem Einsatzzweck in einem geeigneten Verfahren, z.B. einem Schmiedeverfahren, einem Gießverfahren oder sonstigen zur Herstellung von Kolbenrohlingen geeigneten Verfahren hergestellt. Solche Kolbenrohlinge sind noch nicht einsatzbereit und müssen für die weitere Bearbeitung, insbesondere für die Fertigbearbeitung im Bereich des Außendurchmessers, oder anderweitigen Bearbeitungen in einer entsprechenden Maschine eingespannt werden. Hierzu ist zur Lösung der Aufgabe vorgesehen, dass der Kolbenrohling in denjenigen Bereichen, mit denen er in der Bearbeitungsmaschine für die weitere Bearbeitung eingespannt, d.h. lagefixiert, wird, mit einem Bereich mit einer umlaufenden Fläche mit zumindest zwei ausgeprägten Ecken und/oder Rundungen versehen wird. Wird der Kolbenrohling in einem Gieß- oder Schmiedeverfahren hergestellt, ist es denkbar, diesen Bereich zum späteren Einspannen des Kolbenrohlings in der Bearbeitungsmaschine schon mit Herstellung des Kolbenrohlings einzubringen. Bei einem Gießverfahren kann die Gießform für den Kolben rohling entsprechende Geometrien aufweisen. Gleiches gilt für ein Schmiedeverfahren und andere Verfahren zur Herstellung eines Kolbenrohlings. Es ist aber auch denkbar, zunächst den Koibenrohling in einem geeigneten Verfahren ohne diesen Bereich mit der umlaufenden Spannfläche herzustellen und diesen Bereich erst nach Fertigstellung des Kolbenrohlings in geeigneter Weise an diesem anzubringen. Zum Beispiel kann als zusätzliches Bauteil der Bereich mit der umlaufenden Spannfläche angeschweißt, angeklebt, angeschraubt oder in sonstiger geeigneter Weise an dem Koibenrohling befestigt werden. Dabei ist jedoch wichtig, dass die Anordnung und Befestigung dieses zusätzlichen Bereiches an dem Koibenrohling in einer Art und Weise erfolgt, dass die bei der Bearbeitung auf den Koibenrohling wirkenden Kräfte von diesem Spannbereich aufgefangen werden können.
Ergänzend dazu ist es denkbar, den Bereich mit der umlaufenden Fläche teilweise mit der Herstellung des Kolbenrohlings vorzusehen und zusätzlich einen Teilbereich ergänzend zu dem Teilbereich in dem Koibenrohling vorzusehen, woraus sich ein Gesamtbereich zum Spannen des Kolbenrohlings für die weitere Bearbeitung ergibt. Dies hat z.B. den Vorteil für den Fall, dass der zusätzliche Spannbereich wiederverwendet werden kann, indem er zeitweise lösbar an dem Koibenrohling befestigt wird. Lediglich der Bereich in dem Koibenrohling, der dort verbleibt, benötigt keine weitere Bearbeitung oder eine teilweise Bearbeitung oder eine vollständige Bearbeitung, um diesen Spannbereich zu entfernen. in Weiterbildung der Erfindung werden die zumindest zwei ausgeprägten Ecken als Vieleck in den Kolbenrohling eingebracht. Bei einem solchen Vieleck handelt es sich z.B. um ein Dreieck, ein Quadrat, ein Rechteck, ein Fünfeck oder ein Vieleck mit mehr als fünf Ecken. Das Spannwerkzeug der Bearbeitungsmaschine, in das der Kolbenrohling über den Bereich mit der umlaufenden Fläche eingespannt wird, ist korrespondierend ausgebildet und geeignet, den Kolbenrohling mit diesem zusätzlichen Spannbereich lösbar aufzunehmen.
Alternativ dazu ist in erfindungsgemäßer Weise vorgesehen. Dass die zumindest zwei ausgeprägten Rundungen als oval oder in Torxform in den Kolbenrohling eingebracht werden. Damit stehen zu einem Vieleck zum Einspannen des Kolbenrohlings in das Spannwerkzeug der Bearbeitungsmaschine alternative Formen zur Verfügung.
Aufgrund dieser verschiedenen Alternativen (Vieleck, Rundform bzw. auch Kombinationen davon) kann zum einen der bestmögliche Spannbereich nicht nur in Abhängigkeit des Spannwerkzeuges der Bearbeitungsmaschine, sondern auch des eigentlichen Bearbeitungsvorganges ausgewählt werden, so dass dieser Bearbeitungsvorgang optimal durchgeführt werden kann. Zum anderen können aufgrund dieser vielfältigen Formen solche Formen gewählt werden, die geeignet sind, nach dem Einspannen und Bearbeiten des Kolbenrohlings entweder teilweise oder vollständig an diesem Kolbenrohling und damit an dem späteren fertigen und damit betriebsbereiten Kolben zu verbleiben. Weiterhin sind erfindungsgemäß die Möglichkeiten vorgesehen, dass der Bereich mit der umlaufenden Fläche nach der Fertigbearbeitung des Kolbenrohlings entweder vollständig entfernt wird oder teilweise entfernt wird oder vollständig an dem Kolbenrohling (ohne Entfernung) verbleibt. Hinsichtlich des Gefüges des Kolbenrohlings nach seiner Bearbeitung ist es von besonderem Vorteil, wenn der Spannbereich vollständig an dem Kolbenrohling verbleibt, da damit das eingestellte Gefüge (sei es durch ein Schmiedeverfahren, ein Gießverfahren oder ein sonstiges Verfahren) nicht mehr beeinträchtigt wird, weil der Spannbereich nicht entfernt werden muss. Eine geringfügige oder sogar geringstfügige Beeinträchtigung des Gefüges kann jedoch hingenommen werden, wenn der zusätzlich vorhandene Spannbereich teilweise oder sogar vollständig entfernt wird. Eine solche Beeinträchtigung spielt dann keine Rolle, wenn der Spannbereich, der entfernt wird, in einem Bereich des Kolbens vorhanden ist, in dem solche Beeinträchtigungen des Gefüges keine oder nur eine Untergeordnete Rolle spielen oder dieser Bereich einer weiteren anschließenden Bearbeitung unterzogen wird. So ist der Spannbereich bei einem Kolben mit einer Brennraummulde in besonders vorteilhafter Weise im Bereich des Brennraummuldenrandes vorgesehen, wobei der Spannbereich nicht derjenige Bereich ist, der den späteren Brennraummuldenrand bildet, weil er entfernt wird. Von noch größerer Bedeutung ist die Anordnung des Spannbereiches im Brennraummuldenrandbereich, wenn nach der Entfernung des Spannbereiches der dann vorhandene Brennraummuldenrand einer Härtung (z.B. mittels eines Aufschmelzprozesses oder dergleichen) unterzogen wird.
Ausgangspunkt für die vorliegende Erfindung ist somit mit anderen Worten ein Kolbenrohling. Beispielsweise wird er in einem Schmiedeverfahren oder einem Gießverfahren oder vergleichbaren Verfahren hergestellt. Anschließend ist eine weitere Bearbeitung des Kolbens erforderlich. Für diese weitere Bearbeitung ist vorgesehen, dass der Kolbenrohling in denjenigen Bereichen, mit denen er in der Maschine für die weitere Bearbeitung lagefixiert wird, mit einer umlaufenden Fläche mit zumindest zwei ausgeprägten Ecken und / oder Rundungen versehen. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Dreiecksform, eine quadratische Form, eine rechteckige Form, eine ovale Form oder Formen mit mehr als vier Ecken und / oder Rundungen handeln. Die Rundungen sind bezüglich einer Achse des Kolbens, insbesondere bezüglich der Koibenhubachse, konkav und / oder konvex ausgebildet. Das bedeutet, dass die Flächen nach außen oder inwärts gerichtet abschnittsweise über den Umfang verteilt ausgebildet sind. Allgemein wird somit ein Vieleck, insbesondere ein symmetrisches oder asymmetrisches Vieleck (im Querschnitt betrachtet) an oder in dem Kolben angeformt, um damit einen Befestigungsbereich zur Verfügung zu stellen, über den der Kolben in der Maschine für die weitere Bearbeitung lagefixiert wird. Ein solches Vieleck kann auch als Torx ausbildet sein. Der Bereich, in dem das erfindungsgemäße Vieleck vorgesehen wird, ist entweder nur ein Bereich, der von dem Kolbenrohling gebildet wird, der im späteren Einsatz des Kolbens in der Brennkraftmaschine nicht benötigt wird und folglich bei der Fertigbearbeitung komplett entfernt wird. Der Bereich kann aber auch Bestandteil eines Elementes des Kolbens sein. In diesem Fall handelt es sich beispielsweise um die nach der Fertigbearbeitung des Kolbens hergestellte Brennraummulde. Die Geometrie der fertigen Brennraummuide wird in den Kolbenrohüng so eingeformt, dass das vorstehend beschriebene Vieleck im Bereich der späteren Brennraummulde eingebracht wird. Über diesen Spannbereich kann der Kolbenrohling in der Maschine für die weitere Bearbeitung (wie zum Beispiel einem Schmiedeverfahren, Span abhebenden oder bohrenden Verfahren) lagefixiert werden. Nachdem diese weiteren Bearbeitungsschritte ausgeführt worden sind, wird anschließend noch der Bereich des bis dahin gebildeten Vieleckes beseitigt und dem nahezu fertig bearbeiteten Kolbenrohling in diesem Bereich seine endgültige Form gegeben.
Die Anwendung des vorstehend genannten Herstellungsverfahrens ist nicht auf den Bereich der Brennraummulde des später fertigen Kolbens beschränkt, sondern kann auch an anderer Stelle (wie zum Beispiel im Innenbereich innerhalb des späteren Schaftes) und anderen Bereichen ausgeführt werden.
Somit ist ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbens und danach hergestellter Kolben bereitgestellt, wobei in einen vorgefertigten Kolbenrohling ein Vieleck eingebracht wird, wobei über dieses in den Kolbenrohling eingebrachte Vieleck der Kolben in einer Maschine für die weitere Bearbeitung lagefixiert wird.
Diejenigen Bereiche, durch die das Vieleck gebildet wird, können je nach Anwendungsort im Kolben und je nach Geometrie vollständig entfernt werden, teilweise verbleiben oder je nach Geometrie sogar vollständig verbleiben.
Besonders vorteilhaft ist der Kolbenrohling aus zumindest zwei Teilen gebildet. Diese genau zwei Teile (zum Beispiel ein Oberteil mit Ringpartie, ggfs. auch mit Brennraummulde bzw. mit zumindest einem Kühlkanal, sowie ein Unterteil zumindest mit einem Koibenschaft) oder ggfs. auch mehr als zwei Teile werden separat nach gleichen oder unterschiedlichen Verfahren (zum Beispiel Glessen, Schmieden oder anderen geeigneten Verfahren) sowie aus gleichen oder unterschiedlichen Werkstoffen (zum Beispiel Stahl Werkstoff, Aluminiumwerkstoff und dergleichen) hergestellt und mittels eines geeigneten Fügeverfahrens unlösbar zu einem einstückigen Kolbenrohling gefügt, der einer weiteren Bearbeitung (zum Beispiel Zwischenbearbeitung, um Fügebereiche zu bearbeiten, insbesondere Entfernung von Schweisswülsten, die beim Reibschweissen entstehen, oder einer Endbearbeitung, zum Beispiel zur Realisierung der erforderlichen Endmasse) unterzogen wird. Hierbei ist es von besonderem Vorteil, dass der Kolbenrohling während und/oder nach der Herstellung mit einem Bereich mit einer umlaufenden Fläche mit zumindest zwei ausgeprägten Ecken und/oder Rundungen zum Einspannen des Kolbenrohlings für eine anschließende Bearbeitung versehen wird, um ein zuverlässiges Halten des Kolbenrohlings in einem Spannwerkzeug der Bearbeitungsmaschine zu gewährleisten. Von sehr grossem Vorteil ist es, wenn eines der beiden Teile, aber auch beide Teile, mit einem Bereich mit einer umlaufenden Fläche mit zumindest zwei ausgeprägten Ecken und/oder Rundungen zum Einspannen des Kolbenrohlings versehen sind und die anschließende Bearbeitung ein Reibschweissverfahren ist, um die beiden Teile unlösbar zusammen zu fügen. Da bei einem solchen Reibschweissverfahren sehr grosse Kräfte auf die Teile wirken, können diese sehr gut über die erfindungsgemäßen Bereiche von dem Spannwerkzeug der Bearbeitungsmaschine auf das eingespannte Teil übertragen werden, so dass dieses zuverlässig und positionsgenau in dem Spannwerkzeug gehalten und ein Durchdrehen vermieden wird. Ausserdem ist der Vorteil gegeben, dass mit Hilfe dieser Bereiche eine lagerichtige vorgebbare Position des zu bearbeitenden, insbesondere zu fügenden Teiles in dem Spannwerkzeug eingehalten werden kann. Dies ist wichtig, wenn nach dem Fügevorgang bestimmte Elemente (wie zum Beispiel Durchführungen) des einen Teiles mit entsprechenden Elementen des anderen Teiles korrespondieren (in der Lage übereinstimmen oder sich überdecken) müssen. Gleiches gilt auch für einander korrespondierende Geometrien (wie zum Beispiel Kühlkanalbereiche, wobei ein Kühlkanal des fertigen Kolbens von beiden Teilen gebildet ist und eine Einlassöffnung bzw. Auslassöffnung in dem einen Teil an einer bestimmten Position in Bezug auf das ändere Teil positioniert werden soll. Figur 1 zeigt beispielhaft ein Vieleck mit nach innen gerichteten Bögen. Die einzelnen Bögen gemäß Figur 1 sind unterschiedlich voneinander, können aber auch aile gleichmäßig, das heißt symmetrisch ausgebildet sein. Gleiches gilt für das Vieleck, das in Figur 2 gezeigt ist. Auch hier ist es denkbar, die nach außen gerichteten Rundungen und / oder die nach innen gerichteten Rundungen alle gleich, teilweise gleich oder vollständig unterschiedlich voneinander zu gestalten.
Figur 3 zeigt prinzipiell das Oberteil (Kolbenboden oder Kolbenkopf) eines Koibenrohlings, das mit der Bezugsziffer 1 bezeichnet ist. Ein Innenbereich des nicht vollständig dargestellten Kolbens ist mit 2 bezeichnet, wobei mit der Bezugsziffer 3 ein Kühlkanal bezeichnet ist, der vorhanden sein kann aber nicht muss. Der in Figur 3 dargestellte Kolbenrohling 1 wird in einem Schmiede- oder Gießverfahren oder vergleichbaren Verfahren hergestellt, wobei schon eine Brennraummulde 4 teilweise vorgefertigt ist. Die Brenn raummulde 4 ist noch nicht vollständig ausgebildet, sondern es sind vorzugsweise umlaufende Teilbereiche 5 vorhanden, die mit einem Vieleck beispielsweise gemäß Figur 1 oder Figur 2 oder anderen Formen versehen ist. Über diesen vieleckigen Bereich 5 wird der Kolbenrohling 1 in der Maschine zu seiner weiteren Bearbeitung in seiner Lage fixiert. Nachdem diese weitere Bearbeitung erfolgt ist, wird der schraffierte Bereich 5 durch anschließende Bearbeitung ebenfalls entfernt, so dass die Brennraummulde 4 ihre endgültige Kontur erhält.
Figur 4 zeigt als Alternative, dass ein Kolbenrohling 1 , beispielsweise ebenso ausgebildet wie der Kolbenrohling 1 gemäß Figur 3, bei seiner Herstellung mit einem zusätzlichen Bereich 6 (schraffiert) wird. Der schraffierte Bereich 6 gemäß Figur 4, ebenfalls wie der schraffierte Bereich 5 gemäß Figur 3, weist einen vieleckigen Bereich, insbesondere einen vieleckigen umlaufenden Seitenbereich auf (betrachtet von oben aus Richtung der Kolbenhubachse). Über diesen entsprechend gestalteten zusätzlichen Bereich 6 kann der Kolbenrohling 1 gemäß Figur 4 in der Maschine für seine weitere Bearbeitung lagefixiert werden. Nachdem dies erfolgt ist, wird der Bereich 6 entfernt, entweder ohne dass eine Brennraummulde 4 eingebracht wird (so dass ein etwa planer Kolbenboden entsteht) oder zusätzlich noch eine Brennraummulde 4 eingeformt wird.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Verfahren zur Herstellung eines Kolbens, wobei zunächst ein Kolbenrohling hergestellt und danach fertigbearbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenrohiing während und/oder nach der Herstellung mit einem Bereich mit einer umlaufenden Fläche mit zumindest zwei ausgeprägten Ecken und/oder Rundungen zum Einspannen des Kolbenrohlings für eine anschließende Bearbeitung versehen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei ausgeprägten Ecken als Vieleck, insbesondere als Dreieck, als Quadrat, als Rechteck, als Fünfeck oder Vieleck mit mehr als fünf Ecken, in den Kolben rohling eingebracht werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei ausgeprägten Rundungen als oval oder in Torxform in den Kolbenrohling eingebracht werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich mit der umlaufenden Fläche nach der Fertigbearbeitung des Kolbenrohlings vollständig entfernt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich mit der umlaufenden Fläche nach der Fertigbearbeitung des Kolbenrohlings teilweise entfernt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich mit der umlaufenden Fläche nach der Fertigbearbeitung des Kolbenrohlings an dem Kolbenrohling verbleibt.
7. Koibenrohling, insbesondere hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Koibenrohling nach seiner Herstellung einen Bereich mit einer umlaufenden Fläche mit zumindest zwei ausgeprägten Ecken und/oder Rundungen zum Einspannen des Koibenrohlings für eine anschließende Bearbeitung aufweist.
8. Koibenrohling nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Koibenrohling aus zumindest zwei Teilen gebildet ist.
EP15787501.4A 2014-10-17 2015-10-16 Verfahren zur hestellung eines kolbens Withdrawn EP3206813A1 (de)

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DE102014221117 2014-10-17
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EP (1) EP3206813A1 (de)
CN (1) CN107000028A (de)
DE (1) DE102015220238A1 (de)
MX (1) MX2017004793A (de)
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WO (1) WO2016059229A1 (de)

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