EP3405300A1 - Kolben mit drei ringnuten und einer weiteren nut aufweisend eine trennfuge - Google Patents

Kolben mit drei ringnuten und einer weiteren nut aufweisend eine trennfuge

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Publication number
EP3405300A1
EP3405300A1 EP17707473.9A EP17707473A EP3405300A1 EP 3405300 A1 EP3405300 A1 EP 3405300A1 EP 17707473 A EP17707473 A EP 17707473A EP 3405300 A1 EP3405300 A1 EP 3405300A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
collar
ring
cooling channel
groove
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Withdrawn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
EP17707473.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Emmerich Ottliczky
Matthias Fahr
Gregor Müller
Ralf STIER
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 EP3405300A1 publication Critical patent/EP3405300A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • 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
    • 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 
    • F02F2003/0007—Monolithic pistons; One piece constructions; Casting of 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
    • F02F2200/00—Manufacturing
    • F02F2200/04—Forging of engine parts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F3/16—Pistons  having cooling means
    • F02F3/20—Pistons  having cooling means the means being a fluid flowing through or along piston
    • F02F3/22—Pistons  having cooling means the means being a fluid flowing through or along piston the fluid being liquid

Definitions

  • Piston with three annular grooves and a further groove having a parting line
  • the invention relates to a method for producing a cooling channel piston for an internal combustion engine, which has a piston channel in its piston crown, wherein the piston crown is followed by a piston lower part with piston hubs, bolt holes and Kolben2020ften, initially a piston body with a radially projecting in the region of the piston crown and circumferential collar wherein the collar is formed in such a way, until the outer circumferential edge comes very close or completely to rest against a contact region of the piston lower part to form the cooling channel, and then at least one annular groove is introduced, according to the features of the preamble of claim 1 ,
  • the present invention is based on a method for producing a cooling channel piston for an internal combustion engine and a cooling channel piston produced thereafter, which has a cooling channel in its piston head, wherein the cooling channel bottom a piston base with piston bosses, bolt holes and Kolben2020ften connect, first a piston blank with a in the field made of the piston crown radially projecting and circumferential collar and then the collar is formed, wherein formed in a transition region between the piston crown and the piston bottom an investment area for the collar and the collar is deformed in such a way until the outer radially circumferential edge very close or completely to plant comes to the contact area to form a closed cooling channel.
  • the cooling channel piston produced thereafter has three grooves, wherein rings are used in a known manner for the piston ready for use in these three annular grooves.
  • FIG. 1 shows a cooling channel piston 1 produced by the process described in DE 10 2004 031 513 A1.
  • This cooling channel piston 1 has a piston main body 2, in which the radially projecting and circumferential collar 3 has already been reshaped by about 90 ° and provided with three annular grooves 4.
  • the peripheral outer edge of the collar 3 comes into abutment with a piston lower part 5, so that a cooling channel 6 closed except at least one inflow opening and at least one drainage opening is created.
  • the system between the lower circumferential edge of the deformed collar 3 and the piston lower part 5 is at least partially circumferential, possibly completely encircling around the circumference of the cooling channel piston 1 in the region of a parting plane 7.
  • the invention has for its object to further develop the known method and to improve a cooling channel piston produced by this method in terms of its functionality.
  • annular groove below the at least one annular groove, in particular the lowermost annular groove into which a ring is later inserted, an annular groove is formed, wherein a dividing plane between the outer circumferential edge of the deformed collar and an upper surface of the piston lower part in the ring-free groove lies.
  • the parting plane between the ring field (more precisely, the lower edge of the deformed collar) is laid to the upwardly facing end of the piston shaft in a circumferential groove, which is free of a ring used there. It is thus in addition to the already existing two, three or more annular grooves are inserted into the rings, created a further ring-free groove, which is arranged below the known ⁇ lringnut.
  • the laying of the parting plane is carried out with the purpose that can be added in the region of the additional ring-free groove and thus produce a material connection between the ring field and the piston skirt, wherein advantageously the joining process takes place in an area which is free of a ring, so that there can be no processing or a minor processing to remove Fügewülsten after joining.
  • the joining plane or the joining area lying around it is not in a heavily loaded annular groove, thereby reducing the wear and the strength of the Cooling channel piston is increased.
  • the invention is applied to a piston with three grooves with each ring used there, and it is below the lowest annular groove ( ⁇ lringnut), the fourth circumferential groove in which the joint area is present.
  • the invention thus relates to a method for producing a cooling channel piston and a cooling channel piston produced thereafter, in which a parting plane between ring field and Kolbenschafft is laid in a below the ⁇ lringnut additionally provided circumferential groove without ring.
  • the collar is formed and reshaped so that in the region of the parting plane between the outer peripheral edge of the formed collar and a top of the piston lower part, a gap is formed.
  • a gap By means of such a gap, the oil accumulating on the cylinder wall during the movement of the cooling channel piston can be removed in the direction of an inner region of the cooling channel.
  • cooling oil which is located in the inner region of the cooling channel piston and is injected into and out of the cooling channel, can be conveyed via the gap in the direction of the cylinder wall in order to improve the friction. Oil can thus be collected and removed via the further ring-free groove or oil supplied can be conveyed in the direction of the cylinder wall.
  • the gap can be continuous in just one plane or in at least two or more than two different planes (preferably horizontally and vertically) from the exterior of the cooling channel piston in the direction of its inner region.
  • the collar is formed and shaped such that in the region of the parting plane, the outer peripheral edge of the deformed collar comes to rest on the upper side of the lower piston part. This avoids a gap and thus completely closes the contact area in the area of the parting plane. As a result, as far as necessary, effectively avoided that oil is conveyed from the inner region of the cooling channel piston in the direction of the cylinder wall. In addition, this significantly increases the collection effect of oil below the lowermost annular groove, in particular a ⁇ labstreifring is used by the further ring-free groove clearly.
  • the ring-free groove is formed by a machining process. After the first radially projecting and circumferential collar has been reshaped and forms the cooling channel, the ring-free groove below the lowest (or single) annular groove is produced by machining, in particular by a puncture process. This can be done, regardless of whether there is a gap in the region of the parting line or the peripheral lower edge of the collar has come to rest on the upper side of the piston lower part.
  • the ring-free groove is formed by a non-cutting machining process.
  • a non-cutting process for example, rolling, pressing or the like
  • processing step advantageous to the microstructure of the material around the gap around.
  • this is formed by a shaping of the outer circumferential edge of the formed collar and an upper side of the piston lower part.
  • this ring-free groove can be produced in a very simple manner.
  • the ring-free groove is formed by a shaping of the outer circumferential edge of the deformed collar and an upper side of the piston lower part and a subsequent machining process.
  • connection may be, for example, a spring-groove connection, wherein a (protruding for example from the end face of the outer circumferential edge of the circumferential collar) spring (projection) engages in a (for example, in the corresponding piston lower part existing) groove (or vice versa ) when the collar has been reshaped.
  • a spring-groove connection wherein a (protruding for example from the end face of the outer circumferential edge of the circumferential collar) spring (projection) engages in a (for example, in the corresponding piston lower part existing) groove (or vice versa ) when the collar has been reshaped.
  • Other geometries than the described tongue and groove geometry are also conceivable.
  • the joining process is carried out as a welding process, a soldering process, an adhesion process or the like.
  • a welding or soldering process the adjacent areas can be permanently connected to one another in a fast, cohesive and process-reliable manner.
  • an adhesive which must be designed to be temperature resistant.
  • a welding bead which is produced during the execution of the welding process is removed. This is done either by reworking the outer surface of the blank of the cooling channel piston after performing the joining operation and subsequent introduction of the ring-free groove (in particular by a machining process) or without prior revision of the surface of the blank of the cooling channel piston, so that a resulting weld bead by introducing the ring-free groove gelichzeitig is mitentfernt. The same applies to surpluses that arise during the soldering process or the gluing process.
  • FIGS. 2 to 5 A cooling channel piston produced by the method according to the invention is shown in FIGS. 2 to 5 and described below.
  • a cooling channel piston 10 is based on its production on the method which is described in DE 10 2004 031 513 A1.
  • the section of the cooling channel piston 10, as shown in FIG. 2, is based again on the fact that initially a radially projecting and circumferential collar is provided by a piston main body 20.
  • this initially projecting collar is reshaped, so that it is deformed with respect to the piston stroke axis from its initially approximately perpendicularly projecting alignment in an approximately parallel orientation.
  • the collar is thus "folded" about an angle of 90 °, so that a circumferential folded collar 30, as shown in Figure 2, starting from the piston body 20.
  • In the region of the folded collar 30 at least one annular groove 40 (here in The piston base body 20 also has a piston lower part 50, so that a cooling channel 60 is formed by the piston main body 20 together with the piston lower part 50 and the folded-over collar 30.
  • the parting plane 70 is placed in the region of an annular groove 80 according to the embodiment and according to the invention.
  • This ring-free groove 80 is formed by shaping the lower circumferential edge of the collar 30 and the corresponding upper side of the piston lower part 50 and / or is introduced by a corresponding processing step, in particular a machining process.
  • FIGS. 4 and 5 show such a ready-made cooling channel piston 10. It can be seen that this cooling channel piston 10 has the cooling channel 60 in its piston head 90 (and possibly a combustion bowl as shown), the piston base 50 being the piston base 50 Connect in a manner known per se piston bosses 100, pin holes 1 10 and piston shafts 120. With a 130 Kolbenhubachse is referred to, perpendicular to the bolt holes 1 10 a unspecified pin bore axis runs.
  • annular groove such a circumferential groove which is located in a ring field of the cooling channel piston and into which a piston ring (for example an oil scraper ring) is inserted.
  • outer peripheral edge of the circumferential collar is to be understood in particular that end face which faces radially outwardly before the deformation of the projecting from the piston body collar and which after its deformation when viewing the Kolbenhubachse downward (in the direction of the piston skirt).

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Kühlkanalkolbens (10) für eine Brennkraftmaschine, der in seinem Kolbenboden einen Kühlkanal (60) aufweist, wobei sich dem Kolbenboden (90) ein Kolbenunterteil (50) mit Kolbennaben (100), Bolzenbohrungen (110) und Kolbenschäften (120) anschließt, wobei zunächst ein Kolbengrundkörper (20) mit einem im Bereich des Kolbenbodens radial abstehenden und umlaufenden Kragen (30) hergestellt wird, wobei der Kragen (30) derart umgeformt wird, bis dessen äußere umlaufende Kante sehr nah oder vollständig zur Anlage an einen Anlagebereich des Kolbenunterteiles (50) kommt, um den Kühlkanal (60) zu bilden, und anschließend zumindest eine Ringnut (40) eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der Ringnut (40) eine ringfreie Nut (80) gebildet wird, wobei eine Trennebene (70) zwischen der äußeren umlaufenden Kante des umgeformten Kragens (30) und einer Oberseite des Kolbenunterteiles (50) in der ringfreien Nut (80) liegt.

Description

Kolben mit drei Ringnuten und einer weiteren Nut aufweisend eine Trennfuge
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kühlkanalkolbens für eine Brennkraftmaschine, der in seinem Kolbenboden einen Kühlkanal aufweist, wobei sich dem Kolbenboden ein Kolbenunterteil mit Kolbennaben, Bolzenbohrungen und Kolbenschäften anschließt, wobei zunächst ein Kolbengrundkörper mit einem im Bereich des Kolbenbodens radial abstehenden und umlaufenden Kragen hergestellt wird, wobei der Kragen derart umgeformt wird, bis dessen äußere umlaufende Kante sehr nah oder vollständig zur Anlage an einen Anlagebereich des Kolbenunterteiles kommt, um den Kühlkanal zu bilden, und anschließend zumindest eine Ringnut eingebracht wird, gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 .
Die vorliegende Erfindung basiert auf einem Verfahren zur Herstellung eines Kühlkanalkolbens für eine Brennkraftmaschine und einem danach hergestellten Kühlkanalkolben, der in seinem Kolbenboden einen Kühlkanal aufweist, wobei sich dem Kühlkanalboden ein Kolbenunterteil mit Kolbennaben, Bolzenbohrungen und Kolbenschäften anschließen, wobei zunächst ein Kolbenrohling mit einem im Bereich des Kolbenbodens radial abstehenden und umlaufenden Kragen hergestellt und anschließend der Kragen umgeformt wird, wobei in einem Übergangsbereich zwischen dem Kolbenboden und dem Kolbenunterteil ein Anlagebereich für den Kragen geformt und der Kragen derart umgeformt wird, bis dessen äußere radial umlaufende Kante sehr nahe oder vollständig zu Anlage an den Anlagebereich kommt, um einen geschlossenen Kühlkanal zu bilden.
Ein solches Verfahren zur Herstellung eines Kühlkanalkolbens und ein danach hergestellter Kühlkanalkolben ist aus der DE 10 2004 031 513 A1 bekannt.
Der danach hergestellte Kühlkanalkolben weist drei Nuten auf, wobei für den einsatzbereiten Kolben in diese drei Ringnuten in bekannter Weise Ringe eingesetzt sind.
Figur 1 zeigt einen nach dem Verfahren, welches in der DE 10 2004 031 513 A1 beschrieben ist, hergestellten Kühlkanalkolben 1 . Dieser Kühlkanalkolben 1 weist einen Kolbengrundkörper 2 auf, bei dem der radial abstehende und umlaufende Kragen 3 schon um etwa 90° umgeformt und mit drei Ringnuten 4 versehen worden ist. Die umlaufende äußere Kante des Kragens 3 kommt zur Anlage an ein Kolbenunterteil 5, sodass dadurch ein bis auf zumindest eine Zulauf- und zumindest eine Ablauföffnung geschlossener Kühlkanal 6 entsteht. Die Anlage zwischen der unteren umlaufenden Kante des umgeformten Kragens 3 und dem Kolbenunterteil 5 erfolgt zumindest teilweise umlaufend, ggf. vollständig umlaufend um den Umfang des Kühlkanalkolbens 1 im Bereich einer Trennebene 7.
Bei dem bekannten Verfahren erfolgt eine Verschweißung der beiden aneinander anliegenden Bereiche um die Trennebene 7 herum. Nach diesem Vorgang erfolgt eine Überarbeitung des Kühlkanalkolbens 1 , der bis hierhin noch nicht betriebsbereit war und deshalb auf Maß gebracht werden muss, insbesondere durch Entfernung von Schweißnähten im Bereich der Trennebene 7. Erst danach steht der betriebsfertige Kühlkanalkolben 1 zur Verfügung, sodass er mit weiteren Elementen (insbesondere Einsetzen von Ringen in die Ringnuten 4) versehen und anschließend montiert werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren weiter zu gestalten und einen nach diesem Verfahren hergestellten Kühlkanalkolben hinsichtlich seiner Funktionalität zu verbessern.
Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass unterhalb der zumindest einen Ringnut, insbesondere der untersten Ringnut, in die später ein Ring eingesetzt wird, eine ringfreie Nut gebildet wird, wobei eine Trennebene zwischen der äußeren umlaufenden Kante des umgeformten Kragens und einer Oberseite des Kolbenunterteils in der ringfreien Nut liegt.
Nach der Erfindung ist somit die Trennebene zwischen dem Ringfeld (genauer dessen unterer Kante des umgeformten Kragens) zu dem nach oben weisenden Ende des Kolbenschaftes in eine umlaufende Nut verlegt, die frei von einem dort eingesetzten Ring ist. Es wird also zusätzlich zu den schon vorhandenen zwei, drei oder mehr Ringnuten, in die Ringe eingesetzt sind, eine weitere ringfreie Nut geschaffen, die unterhalb der an sich bekannten Ölringnut angeordnet ist. Die Verlegung der Trennebene (Anlagebereich) erfolgt mit dem Zweck, dass in dem Bereich der zusätzlichen ringfreien Nut gefügt werden kann und damit eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Ringfeld und dem Kolbenschaft herzustellen, wobei in vorteilhafter Weise der Fügevorgang in einem Bereich erfolgt, der frei von einem Ring ist, so dass dort nach dem Fügen keine Bearbeitung oder eine geringfügige Bearbeitung zur Entfernung von Fügewülsten erfolgen kann. Außerdem befindet sich die Fügeebene bzw. der darum liegende Fügebereich nicht in einer stark belasteten Ringnut, so dass dadurch der Verschleiß vermindert und die Festigkeit des Kühlkanalkolbens erhöht wird. In besonders vorteilhafter Weise wird die Erfindung bei einem Kolben mit drei Nuten mit dort jeweils eingesetzten Ringen angewandt und es ist unterhalb der untersten Ringnut (Ölringnut) die vierte umlaufende Nut, in der sich der Fügebereich befindet, vorhanden.
Durch die Verlegung des Fügevorganges in eine weitere, insbesondere vierte Nut, werden negative Wirkungen, die sich sowohl bei der Bearbeitung (Fügevorgang, bei dem Stahlbrüche durch nicht komplett aufgefüllte Schweißnähte auftreten) als auch bei der Qualität der Nuten (Poren im Nutgrund, an den Nutflanken und der Nutkante) ergeben, wirksam vermieden.
Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zu Herstellung eines Kühlkanalkolbens und einen danach hergestellten Kühlkanalkolben, bei dem eine Trennebene zwischen Ringfeld und Kolbenschafft in eine unterhalb der Ölringnut zusätzlich vorgesehene umlaufende Nut ohne Ring verlegt wird.
In Weiterbildung der Erfindung wird der Kragen derart ausgebildet und umgeformt, dass im Bereich der Trennebene zwischen der äußeren umlaufenden Kante des umgeformten Kragens und einer Oberseite des Kolbenunterteils ein Spalt entsteht. Durch einen solchen Spalt kann das an der Zylinderwand während der Bewegung des Kühlkanalkolbens sich ansammelnde Öl in Richtung eines Innenbereichs des Kühlkanals abgeführt werden. Ergänzend oder alternativ kann auch Kühlöl, welches sich im Innenbereich des Kühlkanalkolbens befindet und in den Kühlkanal eingespritzt und aus diesem wieder herausbewegt wird, über den Spalt in Richtung der Zylinderwand gefördert werden, um die Reibung zu verbessern. Über die weitere ringfreie Nut kann somit Öl gesammelt und abgeführt oder zugeführtes Öl in Richtung der Zylinderwand gefördert werden. Der Spalt kann durchgehend in nur einer Ebene oder auch in zumindest zwei oder mehr als zwei verschiedenen Ebenen (vorzugsweise horizontal und vertikal) vom Äußeren des Kühlkanalkolbens in Richtung seines Innenbereiches verlaufen.
In Weiterbildung der Erfindung wird der Kragen derart ausgebildet und umgeformt, dass im Bereich der Trennebene die äußere umlaufende Kante des umgeformten Kragens an die Oberseite des Kolbenunterteils zur Anlage kommt. Dadurch wird ein Spalt vermieden und somit der Anlagebereich im Bereich der Trennebene vollständig geschlossen. Dadurch wird, soweit erforderlich, wirksam vermieden, dass Öl aus dem Innenbereich des Kühlkanalkolbens in Richtung der Zylinderwand gefördert wird. Außerdem erhöht sich dadurch wesentlich die Sammelwirkung von Öl unterhalb der untersten Ringnut, in die insbesondere ein Ölabstreifring eingesetzt ist, durch die weitere ringfreie Nut deutlich.
In Weiterbildung der Erfindung wird die ringfreie Nut durch einen spanabhebenden Bearbeitungsprozess gebildet. Nach dem der zunächst radial abstehende und umlaufende Kragen umgeformt worden ist und dabei den Kühlkanal bildet, wird die ringfreie Nut unterhalb der untersten (bzw. einzigen) Ringnut durch spanabhebende Bearbeitung erzeugt, insbesondere durch einen Einstichprozess. Dieser kann erfolgen, unabhängig davon, ob im Bereich der Trennebene ein Spalt vorhanden ist oder die umlaufende untere Kante des Kragens zur Anlage an die Oberseite des Kolbenunterteils gekommen ist.
Alternativ oder ergänzend dazu wird die ringfreie Nut durch einen spanlosen Bearbeitungsprozess gebildet. Durch einen solchen spanlosen Prozess (zum Beispiel Einwalzen, Einpressen oder dergleichen) lässt sich Material einsparen und das Entstehen von Spänen vermeiden. Außerdem wirkt sich ein solcher spanloser Bearbeitungsschritt vorteilhaft auf die Gefügestruktur des Materials um den Spalt herum aus.
Alternativ oder ergänzend zu der spanlosen oder spanabhebenden Herstellung der ringfreien Nut wird diese durch eine Formgebung der äußeren umlaufenden Kante des umgeformten Kragens und einer Oberseite des Kolbenunterteiles gebildet. Zum einen ist es denkbar, die umlaufende untere Kante des Kragens und den korrespondierenden Bereich des Kolbenunterteiles so zu gestalten, dass nach dem Umformvorgang die ringfreie Nut (mit oder ohne Spalt im Bereich der Trennebene) gebildet ist. Dadurch lässt sich auf sehr einfache Art und Weise diese ringfreie Nut erzeugen. Sollte es erforderlich sein, insbesondere aufgrund von Toleranzen der beteiligten Anlagebereiche bzw. aufgrund der Umformung, kann daran zum anderen gedacht werden, die ringfreie Nut nicht nur durch eine entsprechende Formgebung der beteiligten Bereiche, sondern auch ergänzend durch einen weiteren spanabhebenden Bearbeitungsprozess zu bilden. Durch einen solchen spanabhebenden Bearbeitungsprozess werden die erforderlichen Toleranzen erzielt, wobei gleichzeitig aufgrund der entsprechenden Formgebung dieser Bearbeitungsprozess verkürzt werden kann, da weniger Material abgetragen werden muss, als wenn die vollständige ringfreie Nut ausgestochen werden müsste.
Daher ist es von besonderem Vorteil, wenn in Weiterbildung der Erfindung die ringfreie Nut durch eine Formgebung der äußeren umlaufenden Kante des umgeformten Kragens und einer Oberseite des Kolbenunterteils und einem anschließenden spanabhebenden Bearbeitungsprozess gebildet wird.
In Weiterbildung der Erfindung wird im Bereich der Trennebene zwischen der äußeren umlaufenden Kante des umgeformten Kragens und einer Oberseite des Kolbenunterteils ein Fügevorgang durchgeführt. Damit können sich die angrenzenden Bereiche aufeinander abstützen, was zu einer gleichmäßigen Einleitung der auf den Kolbenboden wirkenden Kräfte in Richtung des Kolbenunterteiles vorteilhaft auswirkt.
Alternativ oder ergänzend zu einer stoffschlüssigen Verbindung kommen auch formschlüssige Verbindungen in Betracht. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Feder-Nut-Verbindung handeln, wobei eine (zum Beispiel von der Stirnfläche der äußeren umlaufenden Kante des umlaufenden Kragens abstehende) Feder (Vorsprung) in eine (zum Beispiel im korrespondierenden Kolbenunterteil vorhandene) Nut eingreift (oder umgekehrt), wenn der Kragen umgeformt worden ist. Andere Geometrien als die beschriebene Feder-Nut-Geometrie sind ebenfalls denkbar.
In Weiterbildung der Erfindung wird der Fügevorgang als ein Schweißprozess, ein Lötprozess, ein Klebevorgang oder dergleichen durchgeführt. Mittels eines solchen Schweiß- oder Lötprozesses lassen sich die angrenzenden Bereiche schnell und stoffschlüssig sowie prozesssicher miteinander dauerhaft verbinden. Gleiches gilt für einen Klebevorgang mittels eines Klebers, der entsprechend temperaturbeständig ausgelegt sein muss.
In Weiterbildung der Erfindung wird ein bei der Durchführung des Schweißprozesses entstehender Schweißwulst entfernt. Dies erfolgt entweder durch Überarbeitung der äußeren Oberfläche des Rohlings des Kühlkanalkolbens nach Durchführung des Fügevorgangs und anschließender Einbringung der ringfreien Nut (insbesondere durch einen spanabhebenden Bearbeitungsprozess) oder ohne vorherige Überarbeitung der Oberfläche des Rohlings des Kühlkanalkolbens, sodass ein entstandener Schweißwulst durch Einbringung der ringfreien Nut gelichzeitig mitentfernt wird. Gleiches gilt für Überschüsse, die bei dem Lötprozess oder dem Klebevorgang entstehen.
Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter Kühlkanalkolben ist in den Figuren 2 bis 5 dargestellt und im Folgenden beschrieben.
Auch ein Kühlkanalkolben 10 gemäß des Ausführungsbeispieles beruht bei seiner Herstellung auf dem Verfahren, welches in der DE 10 2004 031 513 A1 beschrieben ist.
Der Ausschnitt des Kühlkanalkolbens 10, wie er in der Figur 2 dargestellt ist, beruht auch wieder darauf, dass zunächst von einem Kolbengrundkörper 20 ein radial abstehender und umlaufender Kragen vorgesehen ist. In einem geeigneten Verfahrensschritt wird dieser zunächst abstehende Kragen umgeformt, sodass er in Bezug auf die Kolbenhubachse von seiner zunächst etwa senkrecht dazu abstehenden Ausrichtung in eine etwa parallele Ausrichtung umgeformt wird. Der Kragen wird somit etwa um einen Winkel von 90° „umgeklappt", sodass ein umlaufender umgeklappter Kragen 30, wie er in Figur 2 dargestellt ist, von dem Kolbengrundkörper 20 ausgeht. Im Bereich des umgeklappten Kragens 30 wird zumindest eine Ringnut 40 (hier in dem Ausführungsbeispiel 3 Ringnut 40) zu einem gegebenen Zeitpunkt eingebracht. Der Kolbengrundkörper 20 weist außerdem ein Kolbenunterteil 50 auf, sodass von dem Kolbengrundkörper 20 zusammen mit dem Kolbenunterteil 50 und dem umgeklappten Kragen 30 ein Kühlkanal 60 gebildet wird.
Durch die Umformung des Kragens 30 kommt es zu einer Annäherung oder einer Anlage der umlaufenden unteren Kante des Kragens 30 und der Oberseite des Kolbenunterteils 50 im Bereich einer Trennebene 70. Die einander korrespondierenden Bereiche des Kragens 30 und des Kolbenunterteils 50 bilden im Bereich der Trennebene entweder einen Spalt oder, wie in Figur 2 dargestellt, kommen sie in diesen Bereich der Trennebene 70 zur Anlage.
Im Unterschied zu dem bekannten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 , bei dem die Trennebene 7 entweder in einer Ringnut 4 oder unterhalb der untersten Ringnut 4 lag, ist gemäß dem Ausführungsbeispiel und nach der Erfindung die Trennebene 70 in den Bereich einer ringfreien Nut 80 gelegt. Diese ringfreie Nut 80 ist durch Formgebung der unteren umlaufenden Kante des Kragens 30 und der korrespondierenden Oberseite des Kolbenunterteiles 50 gebildet und/oder wird durch einen entsprechenden Bearbeitungsschritt, insbesondere einen spanabhebenden Bearbeitungsprozess, eingebracht. Somit zeigt der Ausschnitt des Kühlkanalkolbens 10, wie er in Figur 2 dargestellt ist, prinzipiell schon einen weitestgehend fertigen einsatzbereiten Kühlkanalkolben 10 (wobei zu unterstellen ist, dass eine Überarbeitung stattgefunden hat, um den Kühlkanalkolben 10 auf Maß zu bringen). Es kann jedoch auch daran gedacht werden, im Bereich der Trennebene 70 einen weiteren stoffschlüssigen Fügeprozess, wie z.B. einen Schweißprozess, durchzuführen. Zur Verdeutlichung dieses weiteren Bearbeitungsschrittes wird auf die Figur 3 verwiesen. Es wird davon ausgegangen, dass der Kühlkanalkolben 10 nach der Umformung des Kragens 30 den Zustand einnimmt, wie er in Figur 2 dargestellt ist. Anschließend erfolgt der stoffschlüssige Fügeprozess im Bereich der ringfreien Nut 80 (basierend auf Figur 2), wobei ein dabei entstehender Schweißwulst nicht dargestellt ist. In einem weiteren Verfahrensschritt wird dieser Schweißwulst entfernt (und, falls nicht schon vorhanden, die ringfreie Nut 80 eingebracht), sodass der Kühlkanalkolben 10 im Bereich der ringfreien Nut 80 die Form erhält, wie sie in Figur 3 dargestellt ist. Anschließend erfolgt eine abschließende Überarbeitung des derart bereitgestellten Kühlkanalkolbens 10, um ihn auf Maß zu bringen, damit er in einen Zylinder einer Brennkraftmaschine eingebaut werden kann.
Die Figuren 4 und 5 zeigen schließlich einen solchen fertigen betriebsbereiten Kühlkanalkolben 10. Es ist erkennbar, dass dieser Kühlkanalkolben 10 in seinem Kolbenboden 90 den Kühlkanal 60 aufweist (und ggf., wie dargestellt, eine Brennraummulde), wobei sich dem Kolbenboden 90 das Kolbenunterteil 50 mit in an sich bekannter weise Kolbennaben 100, Bolzenbohrungen 1 10 und Kolbenschäften 120 anschließen. Mit 130 ist eine Kolbenhubachse bezeichnet, wobei senkrecht dazu durch die Bolzenbohrungen 1 10 eine nicht näher bezeichnete Bolzenbohrungsachse verläuft.
Unter„Ringnut" ist eine solche umlaufende Nut zu verstehen, die sich einem Ringfeld des Kühlkanalkolbens befindet und in die ein Kolbenring (zum Beispiel ein Ölabstreifring) eingesetzt wird.
Unter „äußere umlaufende Kante" des umlaufenden Kragens ist insbesondere diejenige Stirnfläche zu verstehen, die vor der Umformung des von dem Kolbengrundkörper abstehenden Kragens radial nach aussen weist und die nach seinem Umformen bei Betrachtung der Kolbenhubachse nach unten (in Richtung des Kolbenschaftes) weist.
Bezugszeichenliste
1 . Kühlkanalkolben
2. Kolbengrundkörper
3. Umlaufender Kragen
4. Ringnut
5. Kolbenunterteil
6. Kühlkanal
7. Trennebene
10. Kühlkanalkolben
20. Kolbengrundkörper
30. Umlaufender Kragen
40. Ringnut
50. Kolbenunterteil
60. Kühlkanal
70. Trennebene
80. Ringfreie Nut
90. Kolbenboden
100. Kolbennabe
1 10. Bolzenbohrung
120. Kolbenschaft
130. Kolbenhubachse

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Herstellung eines Kühlkanalkolbens (10) für eine Brenn kraftmasch ine, der in seinem Kolbenboden einen Kühlkanal (60) aufweist, wobei sich dem Kolbenboden (90) ein Kolbenunterteil (50) mit Kolbennaben (100), Bolzenbohrungen (1 10) und Kolbenschäften (120) anschließt, wobei zunächst ein Kolbengrundkörper (20) mit einem im Bereich des Kolbenbodens radial abstehenden und umlaufenden Kragen (30) hergestellt wird, wobei der Kragen (30) derart umgeformt wird, bis dessen äußere umlaufende Kante sehr nah oder vollständig zur Anlage an einen Anlagebereich des Kolbenunterteiles (50) kommt, um den Kühlkanal (60) zu bilden, und anschließend zumindest eine Ringnut (40) eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der Ringnut (40) eine ringfreie Nut (80) gebildet wird, wobei eine Trennebene (70) zwischen der äußeren umlaufenden Kante des umgeformten Kragens (30) und einer Oberseite des Kolbenunterteiles (50) in der ringfreien Nut (80) liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kragen derart ausgebildet und umgeformt wird, dass im Bereich der Trennebene (70) zwischen der äußeren umlaufenden Kante des umgeformten Kragens (30) und einer Oberseite des Kolbenunterteiles (50) ein Spalt entsteht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kragen derart ausgebildet und umgeformt wird, dass im Bereich der Trennebene (70) die äußere umlaufende Kante des umgeformten Kragens (30) an die Oberseite des Kolbenunterteiles (50) zur Anlage kommt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ringfreie Nut (80) durch einen spanabhebenden Bearbeitungsprozess gebildet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ringfreie Nut (80) durch einen spanlosen Bearbeitungsprozess gebildet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ringfreie Nut (80) durch eine Formgebung der äußeren umlaufenden Kante des umgeformten Kragens (30) und einer Oberseite des Kolbenunterteiles (50) gebildet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 4 und 5 oder 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die ringfreie Nut (80) durch eine Formgebung der äußeren umlaufenden Kante des umgeformten Kragens (30) und einer Oberseite des Kolbenunterteiles (50) und einem anschließenden spanabhebenden Bearbeitungsprozess gebildet wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Trennebene (70) zwischen der äußeren umlaufenden Kante des umgeformten Kragens (30) und einer Oberseite des Kolbenunterteiles (50) ein Fügevorgang durchgeführt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Fügevorgang ein Schweißprozess, ein Lotprozess, ein Klebevorgang oder dergleichen durchgeführt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein bei der
Durchführung des Schweißprozesses entstehender Schweißwulst entfernt wird.
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