EP3374622A1 - Heat input zone of a piston, having a groove flank positioned in said heat input zone - Google Patents

Heat input zone of a piston, having a groove flank positioned in said heat input zone

Info

Publication number
EP3374622A1
EP3374622A1 EP16797799.0A EP16797799A EP3374622A1 EP 3374622 A1 EP3374622 A1 EP 3374622A1 EP 16797799 A EP16797799 A EP 16797799A EP 3374622 A1 EP3374622 A1 EP 3374622A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
annular groove
flank
piston
joining plane
plane
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP16797799.0A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jens Voigt
Johannes Spermann
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by KS Kolbenschmidt GmbH filed Critical KS Kolbenschmidt GmbH
Publication of EP3374622A1 publication Critical patent/EP3374622A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F3/0015—Multi-part pistons
    • F02F3/003—Multi-part pistons the parts being connected by casting, brazing, welding or clamping
    • 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
    • B21K1/185—Making machine elements pistons or plungers with cooling channels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • B23K20/129—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding specially adapted for particular articles or workpieces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/003—Pistons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F3/0015—Multi-part pistons
    • F02F3/003—Multi-part pistons the parts being connected by casting, brazing, welding or clamping
    • F02F2003/0061—Multi-part pistons the parts being connected by casting, brazing, welding or clamping by welding

Definitions

  • the invention relates to a piston of an internal combustion engine, comprising an upper part and a lower part, which are joined together in the region of a joint plane by means of a friction welding, wherein the piston has at least one circumferential annular groove, according to the features of the preamble of claim 1
  • the invention is based on a piston, in particular a cooling channel piston, as is known from DE 10 2010 033 881 A1.
  • the finished for later operation piston is formed of an upper part and a lower part, both of which are interconnected by friction welding.
  • an annularly closed cooling channel is formed, which is formed by the upper part and the lower part.
  • the cooling channel piston known from DE 10 2010 033 881 A1 has friction welding surfaces lying concentrically in one another, thus two friction welding zones.
  • a joining plane in the region of the ring field is arranged approximately centrally between two annular grooves in the lying between the two annular grooves web. This creates a heat-affected zone directly above and directly below this joining plane. Towards the outside, approximately at the level of this heat-affected zone, the friction weld is formed, which subsequently has to be removed from the surface of the piston, so that the piston in the cylinder of the piston has an effect Internal combustion engine can be used. The removal of the Reibsch spawulst takes place up to the surface of the piston, which later has the finished measure of the operation of the piston in the cylinder of the internal combustion engine.
  • the invention has for its object to improve the known piston in terms of its durability.
  • the joining plane between the upper flank (the plane in which the upper flank lies, enclosing or deviating therefrom) and the lower flank (the plane in which the lower flank lies, enclosing or deviating therefrom) of the annular groove is located and a by the application of the friction welding process adjusting heat affected zone includes at least the upper flank and / or the lower flank of the annular groove.
  • the present invention is concerned with the fact that the heat-affected zone extends into an annular groove.
  • This has the advantage that in the processing of the weld beads, which arise during friction welding, machining can not only be done down to the outer surface of the cylindrical piston, but a deeper processing is done to remove the Reibsch spawulst and at the same time either an existing ring groove To free from there penetrated Reibsch spawulst or in the heat affected zone and possibly also below or overlying areas of the annular groove (when viewing the Kolbenhubachse) contribute.
  • hardening of the Nutoberflanke or Nutunterfianke depending on where the joining plane is located in an advantageous manner.
  • the joining plane is approximately centrally (either exactly centered or slightly different from the center, for example, less than or equal to 30% of the height of the annular groove) between the upper edge and the lower edge of the lowermost annular groove and the adjusting Heat affected zone the upper flank and includes the lower flank of the lowermost annular groove.
  • the hardening of at least one groove flank, but also of both groove flanks, of the upper annular grooves (which face the cylinder chamber) is not sufficient. Therefore, other methods of curing (such as laser remelting) are required for these annular grooves.
  • the curing by the heat-affected zone, which occurs in the friction welding process is sufficient. This is generally true in the application of any type of rings used in this lowest ring groove rings.
  • the hardening by the heat affected zone, which occurs in the friction welding is particularly effective in a three-piece ⁇ labstreifring, as this is given if at all a very low wear of the adjacent surfaces of groove flank and ⁇ labstreifring.
  • FIG. 1 shows a piston which consists of an upper part 1 and a lower part 2.
  • the two parts 1 and 2 have mutually assigning joining surfaces, which are joined together in a joining plane 3 inextricably by means of a friction welding process.
  • the joining plane 3 is approximately centrally between a top edge and a lower edge of an annular groove 4.
  • the position of the joining plane 3 is exactly in the middle between these two edges, the position of the joining plane 3 also from this central position up or down (at View of Figure 1) may be moved.
  • the joining plane 3 can even be provided in the same plane in which the upper flank or lower flank of the annular groove 4 is arranged.
  • Reibsch By Reibsch experience compiler creates a heat affected zone 5 (shown in dark gray), wherein initially after joining the two parts 1, 2 by means of Reibsch consultantss the annular groove 4 is not yet available. This is introduced by appropriate processing, for example, a machining process, in the self-adjusting heat affected zone 5 (eg stabbed).
  • the geometry (cross-section) of the annular groove 4 is chosen so that it is completely within the self-adjusting heat infiltration zone 5.
  • a Reibsch spawulst 6, which is arranged in a cooling channel 7 is formed.
  • the cooling channel 7 may, but need not, be formed together by the upper part 1 and the lower part 2.
  • the joining plane 3 is located between the upper flank and the lower flank of the annular groove 4, wherein in this particular case, the joining plane 3 is located centrally between the upper flank and the lower flank of the annular groove 4.
  • This central arrangement of the joining plane 3 can also be shifted in the direction of the upper flank or the lower flank of the annular groove 4. It is even conceivable that the joining plane 3 is located in the plane of the upper flank of the annular groove 4 or the joining plane 3 in the plane of the lower flank of the annular groove 4.
  • the self-adjusting heat-affected zone 5 includes both the upper flank and the lower flank of the annular groove 4 and extends over a certain range even further upwards and downwards (as viewed in FIG. 1).
  • the joining plane 3 is located in the plane of the upper flank of the annular groove 4, and the heat-influencing zone 5 which adjoins encloses the upper flank of the annular groove 4.
  • the heat-affected zone includes at least the lower flank and / or the upper flank and further regions beyond the annular groove 4, of course, the heat-affected zone 5 also includes the groove base into the inner wall of the cooling channel 7.
  • the third (bottom) annular groove is hardened by friction welding, which is particularly advantageous in a three-piece oil ring.
  • the joining plane of the outer or single friction welded joint between the upper part and lower part is not centered in the web between two annular grooves (as in DE 10 2010 033 881 A1), but the friction welding zone and Thus, the heat affected zone extends into the annular groove and possibly also behind it areas (up to the beginning of the cooling channel) into it.
  • the heat-affected zone is shown in the region of the respective Nutoberflanke, can also be considered to provide the heat affected zone in the region of Nutunterflanke.
  • the heat input can be used by the friction welding process for the subsequent curing process in an advantageous manner.

Abstract

The invention relates to a piston of an internal combustion engine, consisting of an upper part (1) and a lower part (2), which are permanently joined in the region of a joining plane (3) by a friction welding method, wherein the piston has at least one peripheral annular groove (4), characterized in that the joining plane (3) is located between the upper flank and the lower flank of the annular groove (4) and in that a heat-affected zone (5) arising because of the use of the friction welding method includes at least the upper flank and/or the lower flank of the annular groove (4).

Description

Wärmeeintragzone mit darin positionierter Nutflanke bei Kolben  Heat input zone with groove flank positioned in the piston
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft einen Kolben einer Brennkraftmaschine, bestehend aus einem Oberteil und einem Unterteil, die im Bereich einer Fügeebene unlösbar mittels eines Reibschweißverfahrens zusammengefügt sind, wobei der Kolben zumindest eine umlaufende Ringnut aufweist, gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 The invention relates to a piston of an internal combustion engine, comprising an upper part and a lower part, which are joined together in the region of a joint plane by means of a friction welding, wherein the piston has at least one circumferential annular groove, according to the features of the preamble of claim 1
Die Erfindung geht aus von einem Kolben, insbesondere einem Kühlkanalkolben, wie er aus der DE 10 2010 033 881 A1 bekannt ist. The invention is based on a piston, in particular a cooling channel piston, as is known from DE 10 2010 033 881 A1.
Der für den späteren Betrieb fertige Kolben wird gebildet aus einem Oberteil und einem Unterteil, die beide mittels Reibschweißen miteinander verbunden werden. Bei dem Fügevorgang entsteht ein ringförmig geschlossener Kühlkanal, der von dem Oberteil und dem Unterteil gebildet wird. The finished for later operation piston is formed of an upper part and a lower part, both of which are interconnected by friction welding. In the joining process, an annularly closed cooling channel is formed, which is formed by the upper part and the lower part.
Oberteil und Unterteil haben einander zugewandte Fügeflächen, die mittels Reibschweißen miteinander verbunden werden. Dabei entstehen in an sich bekannter Weise Reibschweißwülste. Upper part and lower part have mutually facing joining surfaces, which are joined together by friction welding. This results in a conventional manner Reibschweißwülste.
Der aus der DE 10 2010 033 881 A1 bekannte Kühlkanalkolben weist konzentrisch ineinander liegende Reibschweißflächen, mithin zwei Reibschweißzonen, auf. The cooling channel piston known from DE 10 2010 033 881 A1 has friction welding surfaces lying concentrically in one another, thus two friction welding zones.
Bei der äußeren ringförmigen Reibschweißfläche ist eine Fügeebene im Bereich des Ringfeldes in etwa mittig zwischen zwei Ringnuten in dem zwischen den beiden Ringnuten liegenden Steg angeordnet. Dadurch entsteht direkt oberhalb und direkt unterhalb dieser Fügeebene eine Wärmeeinflusszone. Nach außen hin entsteht in etwa auf Höhe dieser Wärmeeinflusszone die Reibschweißwuist, die anschließend von der Oberfläche des Kolbens entfernt werden muss, so dass der Kolben im Zylinder der Brennkraftmaschine eingesetzt werden kann. Die Entfernung der Reibschweißwulst erfolgt dabei bis auf die Oberfläche des Kolbens, die später das fertige Maß für den Betrieb des Kolbens im Zylinder der Brennkraftmaschine aufweist. In the outer annular Reibschweißfläche a joining plane in the region of the ring field is arranged approximately centrally between two annular grooves in the lying between the two annular grooves web. This creates a heat-affected zone directly above and directly below this joining plane. Towards the outside, approximately at the level of this heat-affected zone, the friction weld is formed, which subsequently has to be removed from the surface of the piston, so that the piston in the cylinder of the piston has an effect Internal combustion engine can be used. The removal of the Reibschweißwulst takes place up to the surface of the piston, which later has the finished measure of the operation of the piston in the cylinder of the internal combustion engine.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den bekannten Kolben hinsichtlich seiner Dauerhaltbarkeit zu verbessern. The invention has for its object to improve the known piston in terms of its durability.
Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. This object is solved by the features of claim 1.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass sich die Fügeebene zwischen der Oberflanke (die Ebene, in der die Oberflanke liegt, einschließend oder abweichend davon) und der Unterflanke (die Ebene, in der die Unterflanke liegt, einschließend oder abweichend davon) der Ringnut befindet und sich eine durch die Anwendung des Reibschweißverfahrens einstellende Wärmeeinflußzone zumindest die Oberflanke und/oder die Unterflanke der Ringnut einschließt. According to the invention, it is provided that the joining plane between the upper flank (the plane in which the upper flank lies, enclosing or deviating therefrom) and the lower flank (the plane in which the lower flank lies, enclosing or deviating therefrom) of the annular groove is located and a by the application of the friction welding process adjusting heat affected zone includes at least the upper flank and / or the lower flank of the annular groove.
Gegenüber der Lage der Fügeebene und der sich einstellenden Wärmeeinflußzone nach dem Stand der Technik beschäftigt sich die vorliegende Erfindung damit, dass die Wärmeeinflusszone bis in eine Ringnut hinein reicht. Dies hat den Vorteil, dass bei der Bearbeitung der Schweißwülste, die beim Reibschweißen entstehen, eine Bearbeitung nicht nur bis auf die äußere Oberfläche des zylinderförmigen Kolbens erfolgen kann, sondern eine tiefergehende Bearbeitung erfolgt, um die Reibschweißwulst zu entfernen und gleichzeitig entweder eine schon vorhandene Ringnut von der dort eingedrungenen Reibschweißwulst zu befreien oder im Bereich der Wärmeeinflusszone und ggf. auch darunter oder darüber liegende Bereiche der Ringnut (bei Betrachtung der Kolbenhubachse) einzubringen. Dadurch erfolgt in vorteilhafter Weise eine Härtung der Nutoberflanke oder der Nutunterfianke, je nachdem, wo sich die Fügeebene befindet. Compared with the position of the joining plane and the self-adjusting heat-influencing zone according to the prior art, the present invention is concerned with the fact that the heat-affected zone extends into an annular groove. This has the advantage that in the processing of the weld beads, which arise during friction welding, machining can not only be done down to the outer surface of the cylindrical piston, but a deeper processing is done to remove the Reibschweißwulst and at the same time either an existing ring groove To free from there penetrated Reibschweißwulst or in the heat affected zone and possibly also below or overlying areas of the annular groove (when viewing the Kolbenhubachse) contribute. As a result, hardening of the Nutoberflanke or Nutunterfianke, depending on where the joining plane is located in an advantageous manner.
Von ganz besonderem Vorteil ist es, wenn sich die Fügeebene etwa mittig (entweder genau mittig oder etwas abweichend von der Mitte, beispielsweise um weniger oder gleich 30% der Höhe der Ringnut) zwischen der Oberflanke und der Unterflanke der untersten Ringnut befindet und die sich einstellende Wärmeeinflußzone die Oberflanke und die Unterflanke der untersten Ringnut einschließt. Insbesondere bei hoch belasteten Kolben von Brennkraftmaschinen hat sich herausgestellt, dass die Härtung zumindest einer Nutflanke, aber auch beider Nutflanken, der oberen Ringnuten (die dem Zylinderraum zugewandt sind) nicht ausreicht. Für diese Ringnuten sind daher andere Verfahren zum Härten (wie zum Beispiel Laserumschmelzen) erforderlich. Für diesen Fall ist also überraschenderweise die Härtung durch die Wärmeeinflusszone, die sich bei dem Reibschweißverfahren einstellt, ausreichend. Dies gilt allgemein bei der Anwendung beliebiger Bauformen von in diese unterste Ringnut eingesetzte Ringe. Darüber hinaus hat sich auch herausgestellt, dass die Härtung durch die Wärmeeinflusszone, die sich bei dem Reibschweißverfahren einstellt, bei einem dreiteiligen Ölabstreifring besonders wirksam ist, da hierdurch wenn überhaupt ein nur sehr niedriger Verschleiß der aneinander liegenden Oberflächen von Nutflanke und Ölabstreifring gegeben ist. Of particular advantage is when the joining plane is approximately centrally (either exactly centered or slightly different from the center, for example, less than or equal to 30% of the height of the annular groove) between the upper edge and the lower edge of the lowermost annular groove and the adjusting Heat affected zone the upper flank and includes the lower flank of the lowermost annular groove. In particular, in the case of highly loaded pistons of internal combustion engines, it has been found that the hardening of at least one groove flank, but also of both groove flanks, of the upper annular grooves (which face the cylinder chamber) is not sufficient. Therefore, other methods of curing (such as laser remelting) are required for these annular grooves. Surprisingly, for this case, the curing by the heat-affected zone, which occurs in the friction welding process, is sufficient. This is generally true in the application of any type of rings used in this lowest ring groove rings. In addition, it has also been found that the hardening by the heat affected zone, which occurs in the friction welding, is particularly effective in a three-piece Ölabstreifring, as this is given if at all a very low wear of the adjacent surfaces of groove flank and Ölabstreifring.
Das Einbringen einer Ringnut nach dem Fügen von Oberteil und Unterteil mittels des Reibschweißverfahrens kann auf zumindest die beiden im folgenden beschriebenen Verfahren erfolgen. The introduction of an annular groove after the joining of upper part and lower part by means of the friction welding process can be carried out on at least the two methods described below.
Entweder wird nach dem Reibschweißen die außen entstehende Reibschweißwulst entfernt (zum Beispiel durch spanabhebende Bearbeitung), so dass eine nahezu glatte Kolbenoberfläche entsteht. Anschließend wird an der Stelle, wo sich die Ringnut befinden soll, diese herausgearbeitet, vorzugsweise durch spanabhebende Bearbeitung mittels eines Stechmeißels im Drehverfahren. Dadurch wird etwa der Mittenbereich der Wärmeeinflußzone entfernt, allerdings bleiben Teile davon im Bereich der somit gehärteten Ober- und/oder Unterflanke der Ringnut bestehen. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass das Werkzeug, insbesondere der Stechmeißel, gezielt geführt werden kann und nicht durch die unregelmäßig geformte Reibschweißwulst verläuft. Es wird somit die Maßhaltigkeit der eingestochenen Ringnut erhöht. Either the externally occurring Reibschweißwulst is removed after friction welding (for example, by machining), so that a nearly smooth piston surface is formed. Subsequently, at the point where the annular groove should be, this worked out, preferably by machining by means of a piercing tool in the turning process. As a result, the center region of the heat-affected zone is removed, but parts of it remain in the region of the thus hardened upper and / or lower flank of the annular groove. This procedure has the advantage that the tool, in particular the piercing tool, can be guided in a targeted manner and does not run through the irregularly shaped friction-welding bead. Thus, the dimensional accuracy of the pierced annular groove is increased.
Oder es wird alternativ dazu der vorhandene Reibschweißwulst belassen und durch das Werkzeug, mit dem die Ringnut herausgearbeitet wird, entfernt. Dadurch entfällt der vorhergehende Schritt des Entfernens der Reibschweißwulst. Allerdings muss darauf geachtet werden, dass das Werkzeug, insbesondere der Stechmeißei, bei der Entfernung der Reibschweißwulst nicht verläuft. Or it is alternatively left the existing Reibschweißwulst and removed by the tool with which the annular groove is machined. This eliminates the previous step of removing the Reibschweißwulst. However, must Care must be taken to ensure that the tool, in particular the Stechmeißei, does not run when removing the Reibschweißwulst.
Die Erfindung wird im Folgenden näher beschrieben und anhand der Figuren erläutert. The invention will be described in more detail below and explained with reference to FIGS.
In Figur 1 ist ein Kolben gezeigt, der aus einem Oberteil 1 und einem Unterteil 2 besteht. FIG. 1 shows a piston which consists of an upper part 1 and a lower part 2.
Die Bauform dieser beiden Teile 1 , 2 ist beispielhaft und die Erfindung hierauf nicht beschränkt. The design of these two parts 1, 2 is exemplary and the invention is not limited thereto.
Die beiden Teile 1 und 2 weisen einander zuweisende Fügeflächen auf, die in einer Fügeebene 3 unlösbar mittels eines Reibschweißverfahrens zusammengefügt werden. The two parts 1 and 2 have mutually assigning joining surfaces, which are joined together in a joining plane 3 inextricably by means of a friction welding process.
Bei diesem Ausführungsbeispiel liegt die Fügeebene 3 etwa mittig zwischen einer Oberflanke und einer Unterflanke einer Ringnut 4. Hier ist die Lage der Fügeebene 3 genau mittig zwischen diesen beiden Flanken, wobei die Lage der Fügeebene 3 auch von dieser mittigen Lage nach oben oder unten (bei Betrachtung der Figur 1) verschoben sein kann. Die Fügeebene 3 kann sogar in der gleichen Ebene, in der die Oberflanke bzw. Unterflanke der Ringnut 4 angeordnet ist, vorgesehen sein. In this embodiment, the joining plane 3 is approximately centrally between a top edge and a lower edge of an annular groove 4. Here, the position of the joining plane 3 is exactly in the middle between these two edges, the position of the joining plane 3 also from this central position up or down (at View of Figure 1) may be moved. The joining plane 3 can even be provided in the same plane in which the upper flank or lower flank of the annular groove 4 is arranged.
Durch das Reibschweißverfahren entsteht eine Wärmeeinflusszone 5 (dunkelgrau dargestellt), wobei zunächst nach dem Fügen der beiden Teile 1 , 2 mittels des Reibschweißverfahrens die Ringnut 4 noch nicht vorhanden ist. Diese wird erst durch geeignete Bearbeitung, beispielsweise ein spanabhebendes Verfahren, in die sich einstellende Wärmeeinflusszone 5 eingebracht (z.B. eingestochen). Die Geometrie (Querschnitt) der Ringnut 4 ist dabei so gewählt, dass sie vollständig innerhalb der sich einstellenden Wärmeeinfiusszone 5 befindet. Am Nutgrund der Ringnut 4 bildet sich ein Reibschweißwulst 6, der in einem Kühlkanal 7 angeordnet ist. Der Kühlkanal 7 kann, muss aber nicht, zusammen von dem Oberteil 1 und dem Unterteil 2 gebildet sein. Da nach dem unlösbaren Zusammenfügen dieser beiden Teile 1 , 2 der Innenraum des Kühikanales 7 nicht mehr zur Verfügung steht, verbleibt die Reibschweißwulst 6 in diesem Bereich. Entweder wird die nach außen hin entstehende Reibschweißwulst durch das Einbringen der Ringnut 4 oder vorzugsweise vorher in einem separaten Schritt entfernt. Bei diesem Ausführungsbeispiel befindet sich somit die Fügeebene 3 zwischen der Oberflanke und der Unterflanke der Ringnut 4, wobei sich in diesem konkreten Fall die Fügeebene 3 mittig zwischen der Oberflanke und der Unterflanke der Ringnut 4 befindet. Diese mittige Anordnung der Fügeebene 3 kann auch in Richtung der Oberflanke oder der Unterflanke der Ringnut 4 verschoben sein. Es ist sogar denkbar, dass sich die Fügeebene 3 in der Ebene der Oberflanke der Ringnut 4 oder die Fügeebene 3 in der Ebene der Unterflanke der Ringnut 4 befindet. By Reibschweißverfahren creates a heat affected zone 5 (shown in dark gray), wherein initially after joining the two parts 1, 2 by means of Reibschweißverfahrens the annular groove 4 is not yet available. This is introduced by appropriate processing, for example, a machining process, in the self-adjusting heat affected zone 5 (eg stabbed). The geometry (cross-section) of the annular groove 4 is chosen so that it is completely within the self-adjusting heat infiltration zone 5. At the groove bottom of the annular groove 4, a Reibschweißwulst 6, which is arranged in a cooling channel 7 is formed. The cooling channel 7 may, but need not, be formed together by the upper part 1 and the lower part 2. Since after the permanent assembly of these two parts 1, 2, the interior of the cooling channel 7 is no longer available, which remains Reibschweißwulst 6 in this area. Either the externally generated Reibschweißwulst is removed by the introduction of the annular groove 4 or preferably in a separate step. In this embodiment, therefore, the joining plane 3 is located between the upper flank and the lower flank of the annular groove 4, wherein in this particular case, the joining plane 3 is located centrally between the upper flank and the lower flank of the annular groove 4. This central arrangement of the joining plane 3 can also be shifted in the direction of the upper flank or the lower flank of the annular groove 4. It is even conceivable that the joining plane 3 is located in the plane of the upper flank of the annular groove 4 or the joining plane 3 in the plane of the lower flank of the annular groove 4.
In Figur 1 schließt die sich einstellende Wärmeeinflusszone 5 sowohl die Oberflanke als auch die Unterflanke der Ringnut 4 mit ein und erstreckt sich über einen gewissen Bereich auch noch weiter nach oben und nach unten (bei Betrachtung der Figur 1). In FIG. 1, the self-adjusting heat-affected zone 5 includes both the upper flank and the lower flank of the annular groove 4 and extends over a certain range even further upwards and downwards (as viewed in FIG. 1).
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 befindet sich die Fügeebene 3 in der Ebene der Oberflanke der Ringnut 4 und die sich einstellende Wärmeeinflusszone 5 schließt die Oberflanke der Ringnut 4 mit ein. In the embodiment according to FIG. 2, the joining plane 3 is located in the plane of the upper flank of the annular groove 4, and the heat-influencing zone 5 which adjoins encloses the upper flank of the annular groove 4.
Gleiches gilt alternativ für den Fall, dass die Fügeebene 3 in der Ebene der Unterflanke der Ringnut 4 sich befindet und sich die einstellende Wärmeeinflusszone 5 die Unterflanke der Ringnut 4 einschließt. The same applies alternatively for the case in which the joining plane 3 is located in the plane of the lower flank of the annular groove 4 and the adjusting heat-affected zone 5 encloses the lower flank of the annular groove 4.
Während bei der vorstehenden Beschreibung davon ausgegangen worden ist, dass die Wärmeeinflusszone zumindest die Unterflanke und/oder die Oberflanke und weitere Bereiche darüber hinaus der Ringnut 4 miteinschließt, schließt selbstverständlich die Wärmeeinflusszone 5 auch den Nutgrund bis in die innenliegende Wandung des Kühlkanales 7 mit ein. While in the above description it has been assumed that the heat-affected zone includes at least the lower flank and / or the upper flank and further regions beyond the annular groove 4, of course, the heat-affected zone 5 also includes the groove base into the inner wall of the cooling channel 7.
In den Figuren 3 und 4 ist die analoge Situation dargestellt, wie sie in den Figuren 1 und 2 gezeigt ist, jedoch hier bei Anwendung der mittleren Ringnut. Vergleichbares gilt für die Figuren 5 (analog zu den Figuren 2 und 4) und 6 (analog zu den Figuren 1 und 3), bei denen die Lage der Fügeebenen und die sich einstellenden Wärmeeinflusszonen an der untersten Ringnut dargestellt sind. Es versteht sich von selbst, dass ein Kolben mehr als drei oder weniger als zwei Ringnuten aufweisen kann und die Erfindung nicht nur bei einer Ringnut, sondern bei mindestens zwei Ringnuten angewandt werden kann. In Figures 3 and 4, the analogous situation is shown, as shown in Figures 1 and 2, but here with the application of the central annular groove. The same applies to FIGS. 5 (analogous to FIGS. 2 and 4) and 6 (analogous to FIGS. 1 and 3), in which the position of the joining planes and the heat-influencing zones that occur are shown on the lowermost annular groove. It goes without saying that a piston can have more than three or fewer than two annular grooves and the invention can be applied not only to one annular groove but to at least two annular grooves.
In den Figuren ist oben die Härtung der zweiten Nutoberflanke durch das Reibschweißen gezeigt, wobei beim Reibschweißen die Wärmeeinflusszone (WEZ) entsteht. In the figures, the hardening of the second Nutoberflanke by friction welding is shown above, wherein during friction welding, the heat affected zone (WEZ) is formed.
In der der Figur 5 oder 6 wird insbesondere die Nutoberflanke der dritten (untersten) Ringnut durch das Reibschweißen gehärtet, was besonders vorteilhaft bei einem dreiteiligen Ölring ist. In the figure 5 or 6, in particular the Nutoberflanke the third (bottom) annular groove is hardened by friction welding, which is particularly advantageous in a three-piece oil ring.
Bei den vorgenannten Ausführungsbeispielen ist je nach Bauart der beiden Teile 1 , 2 entweder nur eine einzige Fügeebene 3, in der die Fügeflächen der beiden Teile 1 , 2 vor dem Reibschweißen einander zugewandt sind und anschließend zusammengebracht und unlösbar miteinander verbunden werden, vorhanden. Oder es ist mehr als eine Fügeebene mit entsprechend ausgebildeten und einander zuweisenden Fügeflächen der beiden Teile 1 , 2 vorhanden, wobei die zumindest zwei Fügeebenen in der gleichen Ebene oder in unterschiedlichen Ebenen liegen. In the aforementioned embodiments, depending on the design of the two parts 1, 2, either only a single joining plane 3, in which the joining surfaces of the two parts 1, 2 facing each other before the friction welding and are then brought together and inextricably linked, available. Or there is more than one joining plane with correspondingly formed and mutually facing joining surfaces of the two parts 1, 2, wherein the at least two joining planes lie in the same plane or in different planes.
Bei diesen beispielhaften Varianten, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, liegt die Fügeebene der äußeren oder einzigen Reibschweißverbindung zwischen Oberteil und Unterteil nicht mittig in dem Steg zwischen zwei Ringnuten (wie bei der DE 10 2010 033 881 A1), sondern die Reibschweißzone und damit die Wärmeeinflusszone reicht bis in die Ringnut und ggf. auch dahinter liegende Bereiche (bis hin zum Beginn des Kühlkanales) hinein. In these exemplary variants, to which the invention is not limited, the joining plane of the outer or single friction welded joint between the upper part and lower part is not centered in the web between two annular grooves (as in DE 10 2010 033 881 A1), but the friction welding zone and Thus, the heat affected zone extends into the annular groove and possibly also behind it areas (up to the beginning of the cooling channel) into it.
Während in den beiden Darstellungen der Figur die Wärmeeinflusszone im Bereich der jeweiligen Nutoberflanke gezeigt ist, kann auch daran gedacht werden, die Wärmeeinflusszone im Bereich einer Nutunterflanke vorzusehen. Auf jeden Fall kann in vorteilhafter Weise der Wärmeeintrag durch den Reibschweißprozess für den anschließenden Härtungsvorgang genutzt werden. While in the two illustrations of the figure, the heat-affected zone is shown in the region of the respective Nutoberflanke, can also be considered to provide the heat affected zone in the region of Nutunterflanke. In any case, the heat input can be used by the friction welding process for the subsequent curing process in an advantageous manner.
Oberteil top
Unterteil lower part
Fügeebene Ringnut Joining plane annular groove
Wärmeeinflußzone  Heat affected zone

Claims

Patentansprüche claims
1. Kolben einer Brennkraftmaschine, bestehend aus einem Oberteil (1 ) und einem Unterteil (2), die im Bereich einer Fügeebene (3) unlösbar mittels eines Reibschweißverfahrens zusammengefügt sind, wobei der Kolben zumindest eine umlaufende Ringnut (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Fügeebene (3) zwischen der Oberflanke und der Unterflanke der Ringnut (4) befindet und sich eine durch die Anwendung des Reibschweißverfahrens einstellende Wärmeeinflußzone (5) zumindest die Oberflanke und/oder die Unterflanke der Ringnut (4) einschließt. 1. Piston of an internal combustion engine, comprising an upper part (1) and a lower part (2) which are joined in the region of a joining plane (3) inseparably by means of a friction welding process, wherein the piston has at least one circumferential annular groove (4), characterized in that the joining plane (3) is located between the upper flank and the lower flank of the annular groove (4) and a heat-influencing zone (5) which adjusts by the use of the friction welding process encloses at least the upper flank and / or the lower flank of the annular groove (4).
2. Kolben nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich die Fügeebene (3) mittig zwischen der Oberflanke und der Unterflanke der Ringnut (4) befindet und die sich einstellende Wärmeeinflußzone (5) die Oberflanke und die Unterflanke der Ringnut (4) einschließt. 2. Piston according to claim 1, characterized in that the joining plane (3) is located centrally between the upper flank and the lower flank of the annular groove (4) and the self-adjusting heat influence zone (5) includes the upper flank and the lower flank of the annular groove (4).
3. Kolben nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich die Fügeebene (3) in der Ebene der Oberflanke der Ringnut (4) befindet und sich die einstellende Wärmeeinflußzone (5) die Oberflanke der Ringnut (4) einschließt. 3. Piston according to claim 1, characterized in that the joining plane (3) in the plane of the upper flank of the annular groove (4) and the adjusting Wärmeeinflußzone (5) includes the upper flank of the annular groove (4).
4. Kolben nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich die Fügeebene (3) in der Ebene der Unterflanke der Ringnut (4) befindet und sich die einstellende Wärmeeinflußzone (5) die Unterflanke der Ringnut (4) einschließt. 4. Piston according to claim 1, characterized in that the joining plane (3) in the plane of the lower edge of the annular groove (4) and the adjusting Wärmeeinflußzone (5) includes the lower edge of the annular groove (4).
5. Kolben nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich die Fügeebene (3) mittig zwischen der Oberflanke und der Unterflanke der untersten Ringnut (4) befindet und die sich einstellende Wärmeeinflußzone (5) die Oberflanke und die Unterflanke der untersten Ringnut (4) einschließt. 5. Piston according to claim 1, characterized in that the joining plane (3) is located centrally between the upper flank and the lower flank of the lowermost annular groove (4) and the heat-influencing zone (5) is the upper flank and the lower flank of the lowermost annular groove (4). includes.
6. Koiben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Fügeebene (3) genau mittig zwischen der zwischen der Oberflanke und der Linterflanke der Ringnut (4) befindet. 6. Koiben according to one of the preceding claims, characterized in that the joining plane (3) is exactly in the middle between the between the upper flank and the Linterflanke the annular groove (4).
7. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Fügeebene (3) um weniger oder gleich 30% der Höhe der Ringnut (4) abweichend von der Mitte zwischen der Oberflanke und der Unterflanke der Ringnut (4) befindet. 7. Piston according to one of the preceding claims, characterized in that the joining plane (3) is located at less than or equal to 30% of the height of the annular groove (4) deviating from the middle between the upper flank and the lower flank of the annular groove (4).
EP16797799.0A 2015-11-09 2016-11-09 Heat input zone of a piston, having a groove flank positioned in said heat input zone Withdrawn EP3374622A1 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015222009 2015-11-09
DE102015225953 2015-12-18
PCT/EP2016/077037 WO2017081036A1 (en) 2015-11-09 2016-11-09 Heat input zone of a piston, having a groove flank positioned in said heat input zone

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3374622A1 true EP3374622A1 (en) 2018-09-19

Family

ID=57345894

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP16797799.0A Withdrawn EP3374622A1 (en) 2015-11-09 2016-11-09 Heat input zone of a piston, having a groove flank positioned in said heat input zone

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20180328311A1 (en)
EP (1) EP3374622A1 (en)
CN (1) CN108350828A (en)
DE (1) DE102016121444A1 (en)
MX (1) MX2018004728A (en)
WO (1) WO2017081036A1 (en)

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6327962B1 (en) * 1999-08-16 2001-12-11 Caterpillar Inc. One piece piston with supporting piston skirt
JP2001082247A (en) * 1999-09-20 2001-03-27 Riken Tanzou Kk Manufacture of internal combustion engine piston
DE102004003980A1 (en) * 2004-01-27 2005-08-11 Mahle Gmbh Enclosed coolant tube manufacturing method for use in piston, involves incorporating coolant tube with circular opening in piston, and fixing tube cover in opening using adhesives to cover opening, where tube is made of forged steel
DE102004061778A1 (en) * 2004-09-29 2006-04-06 Ks Kolbenschmidt Gmbh Simple friction weld
DE102008034430B4 (en) * 2008-07-24 2015-02-19 Ks Kolbenschmidt Gmbh Friction welded steel piston with optimized cooling channel
JP2013500425A (en) * 2009-07-25 2013-01-07 カーエス コルベンシュミット ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング Method for cooling a piston and cooled piston
DE102010033881A1 (en) * 2010-08-10 2012-02-16 Mahle International Gmbh Piston for an internal combustion engine and method for its production
US9216474B2 (en) * 2012-04-24 2015-12-22 Industrial Parts Depot, Llc Two-piece friction-welded piston

Also Published As

Publication number Publication date
DE102016121444A1 (en) 2017-05-11
US20180328311A1 (en) 2018-11-15
CN108350828A (en) 2018-07-31
MX2018004728A (en) 2018-07-06
WO2017081036A1 (en) 2017-05-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1984613B1 (en) Multiple-part steel piston for an internal combustion engine having a cooling duct
EP2844424B1 (en) Method for producing a piston for an internal combustion engine
DE102008056203A1 (en) Multi-part piston for an internal combustion engine and method for its production
DE102011013143A1 (en) Piston for an internal combustion engine and method for its production
WO2010051878A1 (en) Internal combustion engine piston with cooling channel said piston comprising a sealing element sealing the cooling channel
DE102015217653A1 (en) Arrangement, in particular for a fuel delivery system, and method for its production
DE202012008997U1 (en) Piston unit of a working cylinder
DE102005031335A1 (en) Method and device for dividing work-piece into two parts by cracking, comprising laser unit creating curved breaking line
DE102017203433A1 (en) Method for producing a piston
WO2014029878A1 (en) Joined connection on a two-piece steel piston and joining method
EP3374622A1 (en) Heat input zone of a piston, having a groove flank positioned in said heat input zone
DE102009059055A1 (en) Method for connecting two components, where each component has a joining surface, comprises connecting two joining surfaces associated to each other by means of a friction welding
DE102015221765B3 (en) Cylinder assembly with a bottom and apparatus for establishing a positive connection between the bottom and a cylinder
DE102021203241A1 (en) Piston for an internal combustion engine and method of manufacturing the piston
DE3538978C1 (en) Piston-ring arrangement for trunk pistons
DE102017101131A1 (en) Piston with three annular grooves and a further groove having a parting line
DE102016118741A1 (en) Two-piece piston with open cooling channel
EP2981383A1 (en) Machining process for trapezoid rings with small axial dimensions, used in pistons of internal combustion engines
DE102015004814A1 (en) Method for processing a piston assembly and piston assembly
WO2005054522A1 (en) Method for the selective hardening of sealing surfaces
DE102014107475A1 (en) Adjustable camshaft with improved oil transfer between inner shaft and outer shaft
DE102014208179A1 (en) Piston ring with crowned running surfaces in the joint area
DE10230745B4 (en) Method for producing a piston with a short compression height
DE102017206922B3 (en) Method for producing a piston for an internal combustion engine, piston, piston blank and casting mold
DE102013224314B4 (en) Method for producing at least one through opening in a vehicle component

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20180326

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20191122

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20201222