WO2013007236A1 - Verfahren zur herstellung eines kolbens für einen verbrennungsmotor sowie kolben für einen verbrennungsmotor - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines kolbens für einen verbrennungsmotor sowie kolben für einen verbrennungsmotor Download PDF

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Gerhard Bucher
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Mahle International Gmbh
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    • Y10T29/49254—Utilizing a high energy beam, e.g., laser, electron beam

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a piston for an internal combustion engine, comprising at least two components each having at least one corresponding joining surface.
  • the present invention further relates to a producible with such a method piston.
  • welding beads refers to all forms of excess weld metal.
  • the object of the present invention is to develop a method for producing a piston so that the escape of weld beads in the oil circuit during engine operation is avoided.
  • the solution consists in a method with the following steps: a) pre-machining the at least two components at least in the region of the joining surfaces; b) covering at least part of the surface of at least one component with at least one covering means; c) assembling the at least two components; d) connecting the at least two components along their corresponding joining surfaces by means of beam welding to a piston blank; e) removing the at least
  • CONFIRMATION COPY a covering agent and any excess weld metal adhering thereto; f) Finishing the piston.
  • the subject of the present invention is furthermore a piston for an internal combustion engine, which can be produced according to the method according to the invention and thus has at least two components connected to one another by beam welding and at the same time is free of welding beads.
  • the welding beads thrown out by beam welding during adhesion of the at least two components adhere to the components.
  • walls of any existing cooling channel can be kept free of weld beads.
  • the beads of sweat either stick to the masking agent or do not get stuck.
  • the cover is removed after beam welding again from the components. As a result, a jet-welded piston free from weld beads is obtained.
  • welding beads do not occur in the same frequency or thickness everywhere. Thus, weld beads accumulate on those zones of the components that face the welds. These areas should be given priority protection.
  • the known pre-processing of the components to be joined also includes cleaning and degreasing in order to obtain a solid weld in step d).
  • the at least one covering means should be applied at least 1 mm from the edge of each joining face, in order to prevent it from being damaged during beam welding or impairing the quality, in particular the strength, of the weld.
  • the joining surfaces themselves remain metallic bright and uncoated.
  • the at least one component to be treated can be at least partially coated in step b), for example with at least one liquid covering agent.
  • Liquid cover agents have the advantage that they can be applied particularly easily, for example by brushing, spraying, rolling or printing.
  • Such covering agents may, for example, comprise at least one liquid binder in which one or more active substances are selected, which are selected from the group comprising graphite, hexagonal boron nitride, polytetrafluoroethylene and the mica group. It may, for example, but for this purpose, a welding protection spray can be used.
  • the at least one covering should be applied with a layer thickness of at least ⁇ to ensure effective protection of at least one component and to reliably prevent weld metal from adhering to the surface of the at least one component.
  • the components to be coated with the liquid covering agent can be preheated to 50.degree. C. to 80.degree. C. before the covering agent is applied in order to ensure good adhesion of the at least one covering agent.
  • the coated components are dried after step b) by heating to 80 ° C to 180 ° C, so that volatile constituents of the liquid resist are removed.
  • the at least one covering agent can be removed by high pressure rinsing with a fluid at a pressure of up to 1000 bar.
  • at least one abrasive agent is added to the fluid in order to enhance the effect of the rinsing process.
  • the at least one covering agent also removes adhering beads of sweat.
  • the at least one covering means can be removed by deburring, vibratory grinding, sliding cutting or pressure fluid lapping.
  • a fluid is not absolutely necessary, so that if necessary, an additional drying step is eliminated.
  • a protective film in the form of a graphite foil and / or a protective fabric made of graphite fiber and / or a protective fabric made of ceramic fibers such as alumina, silica, mullite or aluminum silicate can be used as covering means, for example, placed on the component or adhesively bonded.
  • the protective film should preferably have a thickness of 0.3 mm to 0.5 mm or the protective fabric preferably has a thickness of 1.0 mm to 2.0 mm.
  • heat-resistant cords, cords and / or ropes of graphite and / or ceramic fiber, for example, rotated or braided can serve as a covering. If a cooling channel is to be covered with it, it is expediently filled at least in the width with the covering. If one leaves one end of the cord, the cord or the rope protruding from adeöleintritts- or cooling oil outlet opening of the cooling channel, so the covering including adhesive beads can be removed after beam welding simply by pulling out.
  • the protective film, the protective fabric or the cord, the cord and / or the Taugronnen also crushed before removal and possibly rinsed or blown out.
  • the at least two components to be connected can be stapled prior to beam welding. Furthermore, at least one component can be shrunk onto another component. Thus, the components to be joined are fixed in position to each other.
  • the at least two components can be connected in particular by means of electron beam welding or laser welding, the use of a CO 2 laser being preferred, since comparatively small amounts of welding beads are produced.
  • the components to be joined can be preheated in a conventional manner to 400 ° C to 550 ° C in order to obtain a particularly strong and reliable weld and to prevent cracks.
  • the resulting piston blank can be blown off or its cooling channel can be blown out in order to remove residues of covering agent and weld metal.
  • a drying process can follow. In any case, it is expedient to preserve the piston blank ih in a conventional manner against corrosion.
  • the piston blank should also be inspected for complete removal of weld beads.
  • the inspection of a possibly existing cooling channel can be carried out, for example, with the aid of an endoscope.
  • the known finishing of the piston blank optionally comprises, depending on the material used for the components, a heat treatment known to those skilled in the art.
  • Figure 1 shows a first embodiment of a piston according to the invention in section
  • Figure 2 shows another embodiment of a piston according to the invention in
  • FIG. 3 shows another embodiment of a piston according to the invention in
  • Figure 4 is a representation of the embodiment of Figure 1 prior to assembly of the components to be connected;
  • FIG. 5 shows a representation of the exemplary embodiment according to FIG.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a piston 10 according to the invention.
  • the piston 10 has a component 11 designed as a piston main body, for example made of a tempered steel such as 42CrMo4 or an AFP steel such as 38MnSiVS6 or a 0.4 wt. -% molybdenum alloyed bainitic AFP steel is made.
  • the component 11 has a part of a piston crown 12, a peripheral land 13 and a peripheral ring portion 14 with annular grooves for receiving piston rings (not shown).
  • the component 11 also has the bottom 15 a of a combustion recess 15.
  • the component 11 thus forms an essential part of the piston head 16 of the piston 10.
  • the component 11 also forms the piston shaft 17 of the piston 10 according to the invention in a manner known per se.
  • the piston according to the invention also has a component 18 designed as an insert, which in the exemplary embodiment shown forms the entire well wall 15b as well as the well edge region 15c of the combustion bowl 15 and also a part of the piston head 12.
  • the component 18 preferably consists of a particularly resistant material.
  • a tempered steel or AFP steel can be used as for the piston body 11.
  • a highly heat-resistant, corrosion and heat-resistant steel offers.
  • Valve steels such as CrSi steel (X45CrSi93), Chromo193 steel (X85CrMoV182), 21-4N steel (X53CrMnNiN219), 21-2 steel (X55CrMnNiN208), and materials such as Nimonic80A (NiCr20TiAI), ResisTEL or VMS-513 particularly suitable.
  • the components 11, 18 form a peripheral outer cooling channel 19.
  • the cooling channel 19 extends on the one hand in the amount of the ring portion 14 and on the other hand in height of the trough wall 15b of the combustion recess 15th
  • the component 18 has a lower circumferential joining surface which forms a lower weld seam 21 on the component 11 with a circumferential joining surface surrounding the bottom 15a of the combustion bowl 15.
  • the lower weld 21 has a length of 3.5% to 5.5% of the piston diameter D and closes with the piston center axis M at an acute angle ⁇ .
  • the lower weld seam 21 thus extends radially outwards and downwards (starting in the direction of the piston skirt 17) from the depression wall 15b and opens into the cooling passage 19 in the region of the cooling passage bottom.
  • the component 18 further has an upper peripheral joining surface which forms an upper weld seam 22 on the component 11 with a joining surface circulating in the region of the land land 13.
  • the upper weld 22 has a length of 4.5% to 6.0% of the piston diameter D.
  • the upper weld 22 extends in the embodiment of the cooling channel ceiling to the piston head 12 and parallel to the piston center axis M and closes with the lower weld 21 an acute angle, ß a.
  • the lower weld 21 and the upper weld 22 are made by beam welding and arranged to be accessible to a tool for beam welding. During the beam welding occurs excess weld metal, for example, in the form of welding spatter in the cooling channel 19 and accumulate, for example, in the form of weld beads preferably in a region of the cooling channel 19, which faces the welds 21, 22.
  • FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of a piston 110 according to the invention.
  • the piston 110 has a component 111 embodied as a piston main body, which is produced, for example, from a material as described for the component 11 according to FIG.
  • the component 111 has the bottom 115 a of a combustion bowl 115.
  • the component 111 further forms the piston skirt 117 of the piston 110 according to the invention in a manner known per se.
  • the piston according to the invention also has a component 118, which in the exemplary embodiment shown forms the entire well wall 115b as well as the well edge area 115c of the combustion bowl 115 and also the piston bottom 112, fire land 113 and ring part 114.
  • the component 118 preferably consists of a particularly resistant material, as has been described for the component 18 according to FIG.
  • the components 111, 118 form a circumferential outer cooling channel 119.
  • the cooling channel 119 extends on the one hand in the amount of the ring portion 114 and on the other hand in the amount of the trough wall 115b of the combustion bowl 115th
  • the component 118 has an inner peripheral joining surface, which forms an inner weld seam 121 on the component 111 with a circumferential joining surface surrounding the bottom 115a of the combustion bowl 115.
  • the inner weld 121 has a length of 3.5% to 5.5% of the piston diameter D and encloses an acute angle ⁇ with the piston center axis M.
  • the inner weld 121 thus extends radially outwardly and downwardly (in the direction of the piston stem 117) starting from the trough wall 115b and discharges into the cooling passage 119 in the region of the cooling channel bottom.
  • the component 118 further has an outer peripheral joining surface, which forms an outer weld 122 on the component 111 with a joining surface running around underneath the annular portion 114.
  • the inner weld 121 and the outer weld 122 are made by beam welding and arranged to be accessible to a tool for beam welding.
  • excess weld metal for example in the form of welding spatter, enters the cooling channel 119 and collects, for example, in the form of welding beads, preferably in a region of the cooling channel 119 which lies opposite the welds 121, 122.
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of a piston 210 according to the invention.
  • the piston 210 has a component 211 embodied as a piston main body, which, for example, is made of a material as described for the component 11 according to FIG.
  • the component 211 has a part of a piston crown 212 and a combustion bowl 215.
  • the component 211 further forms the piston shaft 217 of the piston 210 according to the invention in a manner known per se.
  • the piston according to the invention further comprises a ring-shaped component 218, which forms a part of the piston crown 212, a circumferential land 213 and a circumferential ring portion 214 with annular grooves for receiving piston rings (not shown).
  • the component 218 preferably consists of a particularly resistant material, as has already been described for the component 18 according to FIG.
  • the components 211, 218 form a peripheral outer cooling channel 219.
  • the cooling channel 219 extends on the one hand in the amount of the ring portion 214 and on the other hand in height of the trough wall of the combustion bowl 215th
  • the component 218 has underneath the ring section 214 a lower peripheral joining surface, which forms a lower weld seam 221 with a lower circumferential joining surface on the component 211.
  • the component 218 also has in the region of the top land 213 an upper peripheral joining surface, which forms an upper weld seam 222 with an upper circumferential joining surface in the region of the combustion recess 215 on the component 211.
  • the upper weld 222 extends from the cooling passage ceiling to the piston head 212 and parallel to the piston center axis M.
  • the lower weld 221 and the upper weld 222 are made by beam welding and arranged to be accessible to a tool for beam welding.
  • excess weld metal occurs, for example, in the form of weld spatters in the cooling channel 219 and collects, for example, in the form of welding beads, preferably in a region of the cooling channel 219 which lies opposite the welds 221, 222.
  • the components to be joined 11, 18 are pre-processed.
  • the circumferential joining surfaces 23a, 23b of the component 11 and the corresponding circumferential joining surfaces 24a, 24b of the component 18, the regions of the cooling channel 19 (see FIG. 5), the piston head 12 and the outer contour are pre-rotated.
  • a Einpass can be screwed to secure the components to be connected 11, 18 against each other.
  • the provision of cleanly rotated joining surfaces 23a, 23b; 24a, 24b as well as inner and outer contours serve to prepare the welds 21, 22 (see Figure 5) in order to obtain a firm and reliable welded connection.
  • the joining surfaces 23a, 23b; 24a, 24b are cleaned and degreased, for example with acetone.
  • the cover means 25 provided according to the invention is applied in the region of the cooling channel 19, since the joining surfaces 23a, 23b; 24a, 24b are positioned so that welding beads 26 enter the region of the cooling channel 19 during the welding process (see Figure 5).
  • the covering means 25 used should be at a distance of at least 1 mm to each edge of the joining surfaces 23a, 23b; 24a, 24b so that it is not damaged during the subsequent welding operation and that the quality, in particular the strength, of the welds 21, 22 (see FIG.
  • the covering means may in those areas, the joining surfaces 23 a, 23 b; 24a, 24b opposite, be thickened applied, since in these areas during the subsequent welding process most beads of sweat impact.
  • the components to be joined can be preheated in advance to 50 ° C to 80 ° C in order to achieve a good adhesion of the covering means 25 on the components 11, 18.
  • the liquid covering means 25 can be sprayed on, brushed on, rolled on or printed on, for example by means of screen printing. If necessary, the application can be repeated several times until the desired layer thickness, preferably at least 100 ⁇ m, has been reached.
  • the components 11, 18 to be joined may be dried at a temperature of 80 ° C to 180 ° C to remove the volatile constituents of the covering means 25.
  • a liquid covering agent 25 are, for example, a dispersion of ultrafine, semi-colloidal graphite in water (available as Kokillenschlichte under the product name "Hydrokollag” Fa. Achespn Colloids BV, Netherlands), in water or an organic binder or water glass slurried hexagonal boron nitride , Mica or tetrafluoropolyethylene (Teflon) as well as commercial welding protection sprays (available, for example, under the trade name "Antiperr 2000” or “Antiperl 2000” from the company Hintz Marketing GmbH, Rheinmuenster).
  • a solid covering means 25 When using a solid covering means 25, this is placed or glued onto the regions of the components to be joined, onto which welding beads 26 impinge during the welding process, ie in the exemplary embodiments in the region of the cooling channel 19.
  • Films made of graphite for example, available under the trade name "Sigraflex” from SGL Carbon SE, Wiesbaden, preferably with a thickness of 0.3 mm to 0.5 mm, are also suitable as firm covering means 25.
  • Protective fabrics made of graphite fibers are also suitable or ceramic fibers, for example aluminum silicate fibers (available under the trade name "Fiberfrax” from Unifrax GmbH, Dusseldorf) with a preferred thickness of 1 mm to 2 mm.
  • heat-resistant cords, cords or ropes of ceramic fiber, twisted or braided can serve as a cover 25.
  • they are chosen so thick in the embodiment that they fill the region of the cooling channel 19 at least in width. Letting one end of the cord, the cord or the rope protrude from adeöleinbergs- ordeölablaustrittsö réelle of the cooling channel 19, the cord can be removed after beam welding simply by pulling out.
  • the component 18 is shrunk onto the component 11 in a conventional manner in the present embodiment by the component 11 heated in the embodiment to 180 ° C to 200 ° C, the component 18 is placed and the component 11 is then cooled becomes.
  • Shrinkage should be as gap-free as possible, i. the joining surfaces 23a, 23b; 24a, 24b should lie firmly and flush on each other so that smooth, firm weld seams 21, 22 are obtained during the later welding process.
  • the components to be joined 11, 18 along their joining surfaces 23 a, 23 b, 24 a, 24 b be stapled punctually or circumferentially with little welding depth.
  • the components 11, 18 are connected in a conventional manner by laser welding using at least one commercial CO2 laser 27a, 27b.
  • the components 11, 18 are heated in advance to 400 ° C to 550 ° C.
  • the covering means 25 it must therefore be ensured in the exemplary embodiment that this is stable in this temperature range.
  • a C0 2 laser 27a, 27b particularly little weld beads 26 are formed.
  • other lasers, such as solid-state lasers are suitable.
  • the components 11, 18 can also be connected to one another by means of electron beam welding.
  • the required power of the welding tool depends on the materials used for the components 11, 18 and on the length of the weld 21, 22 to be formed. The required parameters can be set by the person skilled in the art in a manner known per se. An additional welding material is not required.
  • the joining surfaces 23a, 23b; 24a, 24b should be laid so that the welds 21, 22 are arranged in the finished piston 10 in those areas where as little stress as possible during engine operation in order to reduce the risk of cracking in the welds 21, 22.
  • the joining surfaces 23a, 23b; 24a, 24b are also placed so that they are accessible to the welding beams, in the embodiment, the laser beams 28b, 28b.
  • the position of the joining surfaces 23a, 23b; 24a, 24b thus usually represents a compromise between the stability of the finished piston 10 and the requirements of the manufacturing process.
  • Slanted joining surfaces 23a, 24a or welds 21 serve in a manner known per se to automatically center the components 11, 18 against each other.
  • the component 18 was laser-welded to the component 11 by means of two CU 2 lasers 27a, 27b by two butt welds 21, 22.
  • a liquid covering means 25 has been used to produce a coating on the components 11, 18, this can be done by high-pressure rinsing with water or oil at a pressure of up to 1000 bar.
  • at least one abrasive such as diamond, corundum, silicon carbide or chill-blasting abrasive may be added to the water or oil.
  • at least one wetting agent can be added to the water to reduce the surface tension and thus to improve the cleaning effect.
  • the covering means can also be removed by deburring, for example with a deburring system made of steel balls in a pumped-over fluid (available under the trade name "Pinflow” from TDK Maschinenbau GmbH, Neumünster).
  • a deburring system made of steel balls in a pumped-over fluid (available under the trade name "Pinflow” from TDK Maschinenbau GmbH, Neumünster).
  • abrasives such as mineral blasting agents (diamond, corundum, silicon carbide) or granular or hard chill blasting abrasives.
  • the abrasives are filled into the cooling channel 19 and the covering means 25 adhering thereto is removed by means of a vibratory finishing process, in particular vibration sliding or centrifugal sliding.
  • the vibratory finishing processes can operate dry or by means of, for example, an aqueous suspension.
  • the Druckf thoughläppen eg. From the company Micro Technica Technologies GmbH, Kornwestheim
  • a high-viscosity polymer plastic is used, which is mixed with abrasives.
  • the mass is moved in the embodiment under pressure in the cooling channel 19, wherein the cover 25 is removed abrasive.
  • a covering means 25 in the form of a protective film, a protective fabric or a cord, a cord and / or a rope was used, this can be removed in the exemplary embodiment by thedeöleintritts- or cooling oil outlet opening from the cooling channel 19.
  • a thread of the protective fabric or a string, a cord or a rope may protrude from the opening during the entire manufacturing process and serve as a handle.
  • the solid covering means 25 can also be mechanically comminuted by means of a Abräsivffens and be rinsed out of the cooling channel 19, in particular when it has been glued to the component 11, 18.
  • the piston blank 10 ' is finally finished in a conventional manner to the piston 10. This also includes, depending on the materials used, a heat treatment known to those skilled in the art.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung eines Kolbens (10, 110, 210) für einen Verbrennungsmotor, aus mindestens zwei Bauteilen (11, 111, 211; 18, 118, 218), die jeweils mindestens eine korrespondierende Fügefläche (23, 24) aufweisen, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: a) Vorbearbeiten der mindestens zwei Bauteile (11, 111, 211; 18, 118, 218) zumindest im Bereich der Fügeflächen (23, 24); b) Abdecken zumindest eines Teils der Oberfläche mindestens eines Bauteils (11, 111, 211; 18, 118, 218) mit mindestens einem Abdeckmittel (25); c) Zusammensetzen der mindestens zwei Bauteile (11, 111, 211; 18, 118, 218); d) Verbinden der mindestens zwei Bauteile (11, 111, 21 1; 18, 118, 218) entlang ihrer korrespondierenden Fügeflächen (23, 24) mittels Strahlschweißen zu einem Kolbenrohling; e) Entfernen des mindestens einen Abdeckmittels (25) sowie ggf. daran haftendem überschüssigem Schweißgut (26); f) Fertigbearbeiten des Kolbenrohlings zum fertigen Kolben (10, 110, 210).

Description

Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor sowie Kolben für einen Verbrennungsmotor
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor, aus mindestens zwei Bauteilen, die jeweils mindestens eine korrespondierende Fügefläche aufweisen. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen mit einem derartigen Verfahren herstellbaren Kolben.
Beim Strahlschweißen entsteht regelmäßig überschüssiges Schweißgut, in der Regel in Form von Schweißperlen oder Schweißspritzern. Im Folgenden werden mit dem Begriff „Schweißperlen" sämtliche Formen von überschüssigem Schweißgut bezeichnet.
Bei der Herstellung eines Kolbens mittels Strahlschweißen besteht die Gefahr, dass Schweißperlen am Kolben haften. Besonders nachteilig ist es, wenn die Schweißperlen in den Kühlkanal gelangen und sich dort festsetzen. Im Motorbetrieb können sich die Schweißperlen wieder lösen und in das Kühlöl und somit in den Kühlöl- kreislauf und den Schmierölkreislauf gelangen. In diesem Fall würde der Verbrennungsmotor irreparablen Schaden nehmen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbens so weiterzuentwickeln, dass das Austreten von Schweißperlen in den Ölkreislauf im Motorbetrieb vermieden wird.
Die Lösung besteht in einem Verfahren mit den folgenden Schritten: a) Vorbearbeiten der mindestens zwei Bauteile zumindest im Bereich der Fügeflächen; b) Abdecken zumindest eines Teils der Oberfläche mindestens eines Bauteils mit mindestens einem Abdeckmittel; c) Zusammensetzen der mindestens zwei Bauteile; d) Verbinden der mindestens zwei Bauteile entlang ihrer korrespondierenden Fügeflächen mittels Strahlschweißen zu einem Kolbenrohling; e) Entfernen des mindestens
BESTÄTIGUNGSKOPIE einen Abdeckmittels sowie ggf. daran haftendem überschüssigem Schweißgut; f) Fertigbearbeiten des Kolbens.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist femer ein Kolben für einen Verbrennungsmotor, der gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbar ist und somit im Ergebnis mindestens zwei durch Strahlschweißen miteinander verbundene Bauteile aufweist und zugleich frei von Schweißperlen ist.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird vermieden, dass beim Verbinden der mindestens zwei Bauteile durch Strahlschweißen herausgeschleuderte Schweißperlen an den Bauteilen haften bleibt. Insbesondere können Wände eines ggf. vorhandenen Kühlkanals frei von Schweißperlen gehalten werden. Die Schweißperlen bleiben entweder am Abdeckmittel haften oder setzen sich erst gar nicht fest. Das Abdeckmittel wird nach dem Strahlschweißen wieder von den Bauteilen entfernt. Im Ergebnis wird ein strahlgeschweißter Kolben erhalten, der frei von Schweißperlen ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Schweißperlen treten nicht überall in gleicher Häufigkeit bzw. Dicke auf. So häufen sich Schweißperlen auf jenen Zonen der Bauteile, die den Schweißnähten gegenüberliegen. Diese Bereiche sollten vorrangig geschützt werden.
Das an sich bekannte Vorbearbeiten der zu verbindenden Bauteile umfasst auch das Reinigen und Entfetten, um in Schritt d) eine feste Schweißnaht zu erhalten.
Zweckmäßigerweise sollte in Schritt b) das mindestens eine Abdeckmittel mindestens 1 mm von der Kante jeder Fügefläche entfernt angebracht werden, um zu vermeiden, dass es während des Strahlschweißens beschädigt wird oder die Qualität, insbesondere die Festigkeit, der Schweißnaht beeinträchtigt. Die Fügeflächen selbst bleiben metallisch blank und unbeschichtet. Das mindestens eine zu behandelnde Bauteil kann in Schritt b) bspw. mit mindestens einem flüssigen Abdeckmittel zumindest teilweise beschichtet werden. Flüssige Abdeckmittel haben den Vorteil, dass sie besonders leicht aufgebracht werden können, bspw. durch Aufstreichen, Aufsprühen, Aufwalzen oder Bedrucken. Derartige Abdeckmittel können bspw. mindestens ein flüssiges Bindemittel aufweisen, in welchem ein oder mehrere Wirkstoffe enthalten sind, die aus der Gruppe umfassend Graphit, hexagonales Bornitrid, Polytetrafluorethylen sowie die Glimmergruppe ausgewählt werden. Es kann bspw. für diesen Zweck aber auch ein Schweißschutzspray verwendet werden.
Das mindestens eine Abdeckmittel sollte mit einer Schichtdicke von mindestens ΙΟΌμιτι aufgetragen werden, um einen wirksamen Schutz des mindestens einen Bauteils zu gewährleisten und zuverlässig zu verhindern, dass Schweißgut auf der Oberfläche des mindestens einen Bauteils haften bleibt.
Die mit dem flüssigen Abdeckmittel zu beschichtenden Bauteile können vor dem Aufbringen des Abdeckmittels auf 50°C bis 80°C vorgewärmt werden, um eine gute Haftung des mindestens einen Abdeckmittels zu gewährleisten.
Zweckmäßigerweise werden die beschichteten Bauteile nach Schritt b) durch Erwärmen auf 80°C bis 180°C getrocknet, damit flüchtige Bestandteile des flüssigen Abdeckmittels entfernt werden.
Nach dem Strahlschweißen kann das mindestens eine Abdeckmittel durch Hochdruckspülen mit einem Fluid bei einem Druck von bis zu 1000bar entfernt werden. Hierbei kann dem Fluid mindestens ein Abrasivmittel zugesetzt wird, um die Wirkung des Spülvorgangs zu verstärken. Mit dem mindestens einen Abdeckmittel werden hierbei auch daran haftende Schweißperlen entfernt.
Ergänzend oder alternativ hierzu kann das mindestens eine Abdeckmittel durch Entgraten, Gleitschleifen, Gleitspanen oder Druckfließläppen entfernt werden. Hier- bei ist die Verwendung eines Fluids nicht zwingend notwendig, so dass ggf. ein zusätzlicher Trocknungsschritt entfällt.
Als Abdeckmittel kann bspw. auch eine Schutzfolie in Form einer Graphitfolie und/oder ein Schutzgewebe aus Graphitfaser und/oder ein Schutzgewebe aus Keramikfasern wie beispielsweise Aluminiumoxid, Siliziumdioxid, Mullit oder Aluminiumsilikat verwendet werden, bspw. auf das Bauteil aufgelegt oder aufgeklebt werden. Um einen zuverlässigen Schutz der Bauteile vor Schweißgut zu gewährleisten, sollte die Schutzfolie vorzugsweise eine Dicke von 0,3mm bis 0,5mm bzw. das Schutzgewebe vorzugsweise eine Dicke von 1 ,0mm bis 2,0mm aufweisen. Nach dem Strahlschweißen kann die Schutzfolie bzw. das Schutzgewebe mitsamt ggf. darauf haftenden Schweißperlen abgezogen bzw. ggf. aus einem Kühlkanal durch die Kühlöleintritts- oder Kühlölaustrittsöffnung hindurch entfernt werden.
Auch hitzebeständige Schnüre, Kordeln und/oder Taue aus Graphit- und/oder Keramikfaser, bspw. gedreht oder geflochten, können als Abdeckmittel dienen. Falls ein Kühlkanal damit abgedeckt werden soll, wird er zweckmäßigerweise zumindest in der Breite mit dem Abdeckmittel ausgefüllt. Lässt man ein Ende der Schnur, der Kordel bzw. des Taues aus einer Kühlöleintritts- oder Kühlölaustrittsöffnung des Kühlkanals herausragen, so kann das Abdeckmittel samt anhaftenden Schweißperlen nach dem Strahlschweißen einfach durch Herausziehen entfernt werden.
Die Schutzfolie, das Schutzgewebe bzw. die Schnur, die Kordel und/oder das Taukönnen auch vor dem Entfernen zerkleinert und ggf. ausgespült oder ausgeblasen werden.
Die mindestens zwei zu verbindenden Bauteile können vor dem Strahlschweißen geheftet werden. Ferner kann mindestens ein Bauteil auf ein weiteres Bauteil aufgeschrumpft werden. Damit werden die zu verbindenden Bauteile in ihrer Position zueinander fixiert. Die mindestens zwei Bauteile können insbesondere mittels Elektronenstrahl- schweißen oder Laserschweißen verbunden werden, wobei die Verwendung eines CO2-Lasers bevorzugt wird, da hiermit vergleichsweise geringe Mengen an Schweißperlen anfallen.
Vor dem Strahlschweißen können die zu verbindenden Bauteile in an sich bekannter Weise auf 400°C bis 550°C vorgewärmt werden, um eine besonders feste und zuverlässige Schweißverbindung zu erhalten und um Risse zu vermeiden.
Nach dem Strahlschweißen und dem Entfernen des Abdeckmittels kann der resultierende Kolbenrohling abgeblasen bzw. sein Kühlkanal ausgeblasen werden, um Reste von Abdeckmittel und Schweißgut zu entfernen. Nach dem Hochdruckspülen mit einem Fluid kann sich ein Trocknungsvorgang anschließen. In jedem Fall ist es zweckmäßig, den Kolbenrohling ih an sich bekannter Weise gegen Korrosion zu konservieren.
Der Kolbenrohling sollte ferner auf restlose Entfernung von Schweißperlen inspiziert werden. Die Inspektion eines ggf. vorhandenen Kühlkanals kann bspw. mit Hilfe eines Endoskops vorgenommen werden.
Das an sich bekannte Fertigbearbeiten des Kolbenrohlings umfasst ggf., abhängig von dem für die Bauteile verwendeten Werkstoff, eine dem Fachmann bekannte Wärmenachbehandlung.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in einer schematischen, nicht maßstabsgetreuen Darstellung: Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbens im Schnitt;
Figur 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbens im
Schnitt;
Figur 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbens im
Schnitt;
Figur 4 eine Darstellung des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 1 vor dem Zusammensetzen der zu verbindenden Bauteile;
Figur 5 eine Darstellung des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 1 nach dem
Strahlschweißen.
Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbens 10. Der Kolben 10 weist ein als Kolbengrundkörper ausgebildetes Bauteil 11 auf, der bspw. aus einem Vergütungsstahl wie bspw. 42CrMo4 oder einem AFP-Stahl wie bspw. 38MnSiVS6 oder einem mit 0,4 Gew.-% Molybdän legierten bainitischen AFP-Stahl hergestellt ist. Das Bauteil 11 weist einen Teil eines Kolbenbodens 12, einen umlaufenden Feuersteg 13 sowie eine umlaufende Ringpartie 14 mit Ringnuten zur Aufnahme von Kolbenringen (nicht dargestellt) auf. Das Bauteil 11 weist ferner den Boden 15a einer Verbrennungsmulde 15 auf. Das Bauteil 11 bildet somit einen wesentlichen Teil des Kolbenkopfes 16 des Kolbens 10. Das Bauteil 11 bildet ferner in an sich bekannter Weise den Kolbenschaft 17 des erfindungsgemäßen Kolbens 10.
Der erfindungsgemäße Kolben weist ferner ein als Einsatz ausgebildetes Bauteil 18 auf, der bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel die gesamte Muldenwand 15b sowie den Muldenrandbereich 15c der Verbrennungsmulde 15 und ferner einen Teil des Kolbenbodens 12 bildet. Das Bauteil 18 besteht vorzugsweise aus einem be- sonders widerstandsfähigen Werkstoff. Hierfür kann wie für den Kolbengrundkörper 11 ein Vergütungsstahl oder AFP-Stahl verwendet werden. Ferner bietet sich ein hochwarmfester, korrosions- und hitzebeständiger Stahl an. Ventilstähle wie bspw. CrSi-Stahl (X45CrSi93), Chromo193-Stahl (X85CrMoV182), 21-4 N-Stahl (X53CrMnNiN219), 21-2-Stahl (X55CrMnNiN208) und Werkstoffe wie Nimonic80A (NiCr20TiAI), ResisTEL oder VMS-513 sind besonders geeignet.
Die Bauteile 11 , 18 bilden einen umlaufenden äußeren Kühlkanal 19. Der Kühlkanal 19 verläuft einerseits in Höhe der Ringpartie 14 und andererseits in Höhe der Muldenwand 15b der Verbrennungsmulde 15.
Das Bauteil 18 weist eine untere umlaufende Fügefläche auf, die mit einer umlaufenden, den Boden 15a der Verbrennungsmulde 15 umschließenden Fügefläche am Bauteil 11 eine untere Schweißnaht 21 bildet. Die untere Schweißnaht 21 weist eine Länge von 3,5% bis 5,5% des Kolbendurchmessers D auf und schließt mit der Kolbenmittelachse M einen spitzen Winkel α ein. Die untere Schweißnaht 21 verläuft also ausgehend von der Muldenwand 15b radial nach außen und unten (in Richtung des Kolbenschafts 17 und mündet im Bereich des Kühlkanalbodens in den Kühlkanal 19.
Das Bauteil 18 weist ferner eine obere umlaufende Füge'fläche auf, die mit einer im Bereich des Feuerstegs 13 umlaufenden Fügefläche am Bauteil 11 eine obere Schweißnaht 22 bildet. Die obere Schweißnaht 22 weist eine Länge von 4,5% bis 6,0% des Kolbendurchmessers D auf. Die obere Schweißnaht 22 verläuft im Ausführungsbeispiel von der Kühlkanaldecke zum Kolbenboden 12 sowie parallel zur Kolbenmittelachse M und schließt mit der unteren Schweißnaht 21 einen spitzen Winkel ,ß ein.
Die untere Schweißnaht 21 und die obere Schweißnaht 22 sind mittels Strahlschweißen hergestellt und so angeordnet, dass sie einem Werkzeug zum Strahlschweißen zugänglich sind. Während des Strahlschweißens tritt überschüssiges Schweißgut bspw. in Form von Schweißspritzern in den Kühlkanal 19 ein und sammeln sich bspw. in Form von Schweißperlen bevorzugt in einem Bereich des Kühlkanals 19, der den Schweißnähten 21 , 22 gegenüberliegt.
Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbens 110. Der Kolben 110 weist ein als Kolbengrundkörper ausgebildetes Bauteil 111 auf, der bspw. aus einem Werkstoff, wie er für das Bauteil 11 gemäß Figur 1 beschrieben wurde, hergestellt ist. Das Bauteil 111 weist den Boden 115a einer Verbrennungsmulde 115 auf. Das Bauteil 111 bildet ferner in an sich bekannter Weise den Kolbenschaft 117 des erfindungsgemäßen Kolbens 110.
Der erfindungsgemäße Kolben weist ferner ein Bauteil 118 auf, das bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel die gesamte Muldenwand 115b sowie den Mulden- randbereich 115c der Verbrennungsmulde 115 und ferner den Kolbenboden 112, Feuersteg 113 und Ringpartie 114 bildet. Das Bauteil 118 besteht vorzugsweise aus einem besonders widerstandsfähigen Werkstoff, wie er für das Bauteil 18 gemäß Figur 1 beschrieben wurde.
Die Bauteile 111 , 118 bilden einen umlaufenden äußeren Kühlkanal 119. Der Kühlkanal 119 verläuft einerseits in Höhe der Ringpartie 114 und andererseits in Höhe der Muldenwand 115b der Verbrennungsmulde 115.
Das Bauteil 118 weist eine innere umlaufende Fügefläche auf, die mit einer umlaufenden, den Boden 115a der Verbrennungsmulde 115 umschließenden Fügefläche am Bauteil 111 eine innere Schweißnaht 121 bildet. Die innere Schweißnaht 121 weist eine Länge von 3,5% bis 5,5% des Kolbendurchmessers D auf und schließt mit der Kolbenmittelachse M einen spitzen Winkel α ein. Die innere Schweißnaht 121 verläuft also ausgehend von der Muldenwand 115b radial nach außen und unten (in Richtung des Kolbenschafts 117) und mündet im Bereich des Kühlkanalbodens in den Kühlkanal 119. Das Bauteil 118 weist ferner eine äußere umlaufende Fügefläche auf, die mit einer unterhalb der Ringpartie 114 umlaufenden Fügefläche am Bauteil 111 eine äußere Schweißnaht 122 bildet.
Die innere Schweißnaht 121 und die äußere Schweißnaht 122 sind mittels Strahlschweißen hergestellt und so angeordnet, dass sie einem Werkzeug zum Strahlschweißen zugänglich sind. Während des Strahlschweißens tritt überschüssiges Schweißgut bspw. in Form von Schweißspritzern in den Kühlkanal 119 ein und sammeln sich bspw. in Form von Schweißperlen bevorzugt in einem Bereich des Kühlkanals 119, der den Schweißnähten 121 , 122 gegenüberliegt.
Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbens 210. Der Kolben 210 weist ein als Kolbengrundkörper ausgebildetes Bauteil 211 auf, der bspw. aus einem Werkstoff hergestellt ist, wie er für das Bauteil 11 gemäß Figur 1 beschrieben wurde. Das Bauteil 211 weist einen Teil eines Kolbenbodens 212 sowie eine Verbrennungsmulde 215 auf. Das Bauteil 211 bildet ferner in an sich bekannter Weise den Kolbenschaft 217 des erfindungsgemäßen Kolbens 210.
Der erfindungsgemäße Kolben weist ferner ein ringförmig ausgebildetes Bauteil 218 auf, das einen Teil des Kolbenbodens 212, einen umlaufenden Feuersteg 213 sowie eine umlaufende Ringpartie 214 mit Ringnuten zur Aufnahme von Kolbenringen (nicht dargestellt) bildet. Das Bauteil 218 besteht vorzugsweise aus einem besonders widerstandsfähigen Werkstoff, wie er bereits für das Bauteil 18 gemäß Figur 1 beschrieben wurde.
Die Bauteile 211, 218 bilden einen umlaufenden äußeren Kühlkanal 219. Der Kühlkanal 219 verläuft einerseits in Höhe der Ringpartie 214 und andererseits in Höhe der Muldenwand der Verbrennungsmulde 215.
Das Bauteil 218 weist unterhalb der Ringpartie 214 eine untere umlaufende Fügefläche auf, die mit einer unteren umlaufenden Fügefläche am Bauteil 211 eine untere Schweißnaht 221 bildet. Das Bauteil 218 weist ferner im Bereich des Feuerstegs 213 eine obere umlaufende Fügefläche auf, die mit einer oberen umlaufenden Fügefläche im Bereich der Verbrennungsmulde 215 am Bauteil 211 eine obere Schweißnaht 222 bildet. Die obere Schweißnaht 222 verläuft von der Kühlkanaldecke zum Kolbenboden 212 sowie parallel zur Kolbenmittelachse M.
Die untere Schweißnaht 221 und die obere Schweißnaht 222 sind mittels Strahlschweißen hergestellt und so angeordnet, dass sie einem Werkzeug zum Strahlschweißen zugänglich sind. Während des Strahlschweißens tritt überschüssiges Schweißgut bspw. in Form von Schweißspritzern in den Kühlkanal 219 ein und sammeln sich bspw. in Form von Schweißperlen bevorzugt in einem Bereich des Kühlkanals 219, der den Schweißnähten 221 , 222 gegenüberliegt.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Kolbens, bspw. der Kolben 10, 110, 210 wird im Folgenden anhand eines Kolbens 10 gemäß Figur 1 sowie anhand der Figuren 4 und 5 näher beschrieben. Das im Folgenden beschriebene Verfahren gilt selbstverständlich entsprechend für die Herstellung der Kolben 110, 210 gemäß den Figuren 2 bzw. 3.
Zunächst werden die zu verbindenden Bauteile 11 , 18 vorbearbeitet. Insbesondere werden die umlaufenden Fügeflächen 23a, 23b des Bauteils 11 sowie die korrespondierenden umlaufenden Fügeflächen 24a, 24b des Bauteils 18, die Bereiche des Kühlkanals 19 (vgl. Figur 5), der Kolbenboden 12 und die Außenkontur vorgedreht. Ggf. kann ein Einpass eingedreht werden, um die zu verbindenden Bauteile 11 , 18 sicher gegeneinander zu fixieren. Die Bereitstellung sauber gedrehter Fügeflächen 23a, 23b; 24a, 24b sowie Innen- und Außenkonturen dient der Vorbereitung der Schweißnähte 21 , 22 (vgl. Figur 5) um eine feste und zuverlässige Schweißverbindung zu erhalten. Ferner sollten die Fügeflächen 23a, 23b; 24a, 24b gereinigt und entfettet werden, bspw. mit Aceton.
Bei den in deh Figuren 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispielen wird das erfindungsgemäß vorgesehene Abdeckmittel 25 im Bereich Kühlkanals 19 aufgebracht, da die Fügeflächen 23a, 23b; 24a, 24b so positioniert sind, dass während des Schweißvorgangs Schweißperlen 26 in den Bereich des Kühlkanals 19 eintreten (vgl. Figur 5). Das verwendete Abdeckmittel 25 sollte in einem Abstand von mindestens 1mm zu jeder Kante der Fügeflächen 23a, 23b; 24a, 24b entfernt angebracht werden, damit es während des späteren Schweißvorgangs nicht beschädigt und die Qualität, insbesondere die Festigkeit, der Schweißnähte 21, 22 (vgl. Figur 5) nicht beeinträchtigt wird. Das Abdeckmittel kann in denjenigen Bereichen, die den Fügeflächen 23a, 23b; 24a, 24b gegenüberliegen, verdickt aufgetragen werden, da in diesen Bereichen während des späteren Schweißvorgangs die meisten Schweißperlen auftreffen.
Falls ein flüssiges Abdeckmittel 25 verwendet wird, können die zu verbindenden Bauteile vorab auf 50°C bis 80°C vorgewärmt werden, um eine gute Haftung des Abdeckmittels 25 auf den Bauteilen 11 , 18 zu erreichen. Das flüssige Abdeckmittel 25 kann aufgesprüht, aufgestrichen, aufgewalzt oder aufgedruckt werden, bspw. mittels Siebdruck. Der Auftrag kann ggf. mehrmals wiederholt werden, bis die gewünschte Schichtdicke, bevorzugt mindestens 100μηι, erreicht ist. Nach dem Auftragen des flüssigen Abdeckmittels 25 können die zu verbindenden Bauteile 11 , 18 bei einer Temperatur von 80°C bis 180°C getrocknet werden, um die flüchtigen Bestandteile des Abdeckmittels 25 zu entfernen.
Als flüssige Abdeckmittel 25 eignen sich bspw. eine Dispersion von hochfeinem, halbkolloidalem Graphit in Wasser (erhältlich als Kokillenschlichte unter dem Produktnamen„Hydrokollag" der Fa. Achespn Colloiden B.V, Niederlande), in Wasser oder einem organischen Bindemittel oder Wasserglas aufgeschlämmtes hexagona- les Bornitrid, Glimmer oder Tetrafluorpolyethylen (Teflon) sowie handelsübliche Schweißschutzsprays (erhältlich bspw. unter dem Handelsnamen„Antiperr 2000" oder„Antiperl 2000" der Fa. Hintz Marketing GmbH, Rheinmünster).
Bei Verwendung eines festen Abdeckmittels 25 wird dieses auf die Bereiche der zu verbindenden Bauteile gelegt oder geklebt, auf die während des Schweißvorgangs Schweißperlen 26 auftreffen, bei den Ausführungsbeispielen also im Bereich des Kühlkanals 19. Als festes Abdeckmittel 25 geeignet sind bspw. Folien aus Graphit (bspw. erhältlich unter dem Handelsnamen„Sigraflex" der Fa. SGL Carbon SE, Wiesbaden), vorzugsweise mit einer Dicke von 0,3mm bis 0,5mm. Geeignet sind ferner Schutzgewebe aus Graphitfasern oder Keramikfasern, bspw. Aluminiumsilikatfasern (erhältlich unter dem Handelsnamen„Fiberfrax" der Unifrax GmbH, Düsseldorf) mit einer bevorzugten Dicke von 1mm bis 2mm.
Auch hitzebeständige Schnüre, Kordeln oder Taue aus Keramikfaser, gedreht oder geflochten, können als Abdeckmittel 25 dienen. Zweckmäßigerweise werden sie im Ausführungsbeispiel so dick gewählt, dass sie den Bereich des Kühlkanals 19 zumindest in der Breite ausfüllen. Lässt man ein Ende der Schnur, der Kordel bzw. des Taues aus einer Kühlöleintritts- oder Kühlölablaustrittsöffnung des Kühlkanals 19 herausragen, so kann die Schnur nach dem Strahlschweißen einfach durch Herausziehen entfernt werden.
Nach dem Aufbringen des Abdeckmittels 25 wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel das Bauteil 18 auf das Bauteil 11 in an sich bekannter Weise aufgeschrumpft, indem das Bauteil 11 im Ausführungsbeispiel auf 180°C bis 200°C erwärmt, das Bauteil 18 aufgesetzt und das Bauteil 11 anschließend abgekühlt wird. Das Aufschrumpfen sollte möglichst spaltfrei erfolgen, d.h. die Fügeflächen 23a, 23b; 24a, 24b sollten fest und plan aufeinander liegen, so dass beim späteren Schweißvorgang glatte, feste Schweißnähte 21 , 22 erhalten werden. Zusätzlich können die zu verbindenden Bauteile 11 , 18 entlang ihrer Fügeflächen 23a, 23b, 24a, 24b punktuell oder umlaufend mit wenig Einschweißtiefe geheftet werden.
Im Ausführungsbeispiel werden die Bauteile 11 , 18 in an sich bekannter Weise durch Laserschweißen unter Verwendung mindestens eines handelsüblichen CO2- Lasers 27a, 27b verbunden. Hierfür werden die Bauteile 11 , 18 vorab auf 400°C bis 550°C erwärmt. Bei der Auswahl des Abdeckmittels 25 ist im Ausführungsbeispiel also darauf zu achten, dass dieses in diesem Temperaturbereich stabil ist. Bei Verwendung eines C02-Lasers 27a, 27b entstehen besonders wenig Schweißperlen 26. Selbstverständlich sind auch andere Laser, wie Festkörperlaser, geeignet. Die Bauteile 11, 18 können auch mittels Elektronenstrahlschweißen miteinander verbunden werden. Die erforderliche Leistung des Schweißwerkzeugs ist abhängig von den für die Bauteile 11, 18 verwendeten Werkstoffen sowie von der Länge der zu bildenden Schweißnaht 21 , 22. Die erforderlichen Parameter können vom Fachmann in an sich bekannter Weise eingestellt werden. Ein zusätzlicher Schweißwerkstoff ist nicht erforderlich.
Die Fügeflächen 23a, 23b; 24a, 24b sollten so gelegt werden, dass die Schweißnähte 21 , 22 im fertigen Kolben 10 in denjenigen Bereichen angeordnet sind, in denen im Motorbetrieb möglichst wenig Spannungen entstehen, um die Gefahr von Rissbildungen im Bereich der Schweißnähte 21 , 22 zu reduzieren. Selbstverständlich müssen die Fügeflächen 23a, 23b; 24a, 24b auch so gelegt werden, dass sie für die Schweißstrahlen, im Ausführungsbeispiel die Laserstrahlen 28b, 28b zugänglich sind. Die Lage der Fügeflächen 23a, 23b; 24a, 24b stellt also in der Regel einen Kompromiss zwischen der Stabilität des fertigen Kolbens 10 und den Anforderungen des Herstellungsverfahrens dar. Schräge Fügeflächen 23a, 24a bzw. Schweißnähte 21 dienen in an sich bekannter Weise der selbsttätigen Zentrierung der Bauteile 11 , 18 gegeneinander.
Entsprechende Überlegungen gelten selbstverständlich analog auch für die Kolben 110, 210 gemäß den Figuren 2 bzw. 3.
Im Ausführungsbeispiel wurde das Bauteil 18 mittels zweier CÜ2-Laser 27a, 27b durch zwei Stumpfnähte 21 , 22 an das Bauteil 11 lasergeschweißt.
Nach dem Schweißvorgang wurde das Abdeckmittel 25 mitsamt dem ggf. daran haftenden Schweißgut vom resultierenden Kolbenrohling 10' entfernt. Wenn ein flüssiges Abdeckmittel 25 zur Herstellung einer Beschichtung auf den Bauteilen 11, 18 verwendet wurde, kann dies durch Hochdruckspülen mit Wasser oder Öl bei einem Druck bis zu 1000 bar erfolgen. Um die Wirkung des Spülvorgangs zu stei- gern, kann dem Wasser oder Öl mindestens ein Abrasivmittel wie Diamant, Korund, Siliziumkarbid oder Hartguss-Strahlmittel zugesetzt werden. Ferner kann dem Wasser mindestens ein Netzmittel zur Herabsetzung der Oberflächenspannung und somit zur Verbesserung der Reinigungswirkung zugesetzt werden.
Das Abdeckmittel kann auch durch Entgraten entfernt werden, bspw. mit einem Entgratsystem aus Stahlkugeln in einem umgepumpten Fluid (erhältlich unter dem Handelsnamen„Pinflow" der Fa. TDK Maschinenbau GmbH, Neumünster).
Zur Entfernung des anhaftenden Abdeckmittels 25 geeignet sind ferner an sich bekannte Gleitschleifverfahren unter Verwendung von Abrasivmitteln, wie mineralischen Strahlmitteln (Diamant, Korund, Siliziumcarbid) oder körnigen bzw. kantigen Hartguss-Strahlmitteln. Im Ausführungsbeispiel werden die Abrasivmittel in den Kühlkanal 19 gefüllt und das darin haftende Abdeckmittel 25 mittels eines Gleitschleifverfahrens, insbesondere Vibrationsgleitschleifen oder Fliehkraftgleitspanen, entfernt. Die Gleitschleifverfahren können trocken oder mittels einer bspw. wässri- gen Suspension arbeiten.
Schließlich kann auch das Druckfließläppen (bspw. der Fa. Micro Technica Technologies GmbH, Kornwestheim) zur Entfernung des anhaftenden Abdeckmittels 25 verwendet werden. Hierbei wird ein hochviskoser polymerer Kunststoff verwendet, der mit Abrasivmitteln versetzt ist. Die Masse wird im Ausführungsbeispiel unter Druck im Kühlkanal 19 bewegt, wobei das Abdeckmittel 25 abrasiv entfernt wird.
Wenn ein Abdeckmittel 25 in Form einer Schutzfolie, eines Schutzgewebes oder einer Schnur, einer Kordel und/oder eines Taues verwendet wurde, kann dieses im Ausführungsbeispiel durch die Kühlöleintritts- oder Kühlölaustrittsöffnung aus dem Kühlkanal 19 entfernt werden. Bspw. kann ein Faden des Schutzgewebes oder einer Schnur, einer Kordel bzw. eines Taues während des gesamten Herstellungsverfahrens aus der Öffnung herausragen und als Handhabe dienen. Das feste Abdeckmittel 25 kann auch mittels eines Abräsivmittels mechanisch zerkleinert und aus dem Kühlkanal 19 ausgespült werden, insbesondere dann, wenn es auf das Bauteil 11 , 18 aufgeklebt wurde.
Es empfiehlt sich, den Kolbenrohling 10' nach dem Entfernen des Abdeckmittels 25 auszublasen und/oder nass nachspülen und zu trocknen, um sicherzugehen, dass das Abdeckmittel und die Schweißperlen restlos entfernt wurden. Danach sollte der Kolbenrohling 10' sofort gegen Korrosion konserviert werden.
Im Ausführungsbeispiel empfiehlt sich anschließend die Inspektion des Kühlkanals 19 mittels eines Endoskops zur Prüfung auf restlose Entfernung des Schweißgutes.
Der Kolbenrohling 10' wird schließlich in an sich bekannter Weise zum Kolben 10 fertig bearbeitet. Hierzu zählt auch, abhängig von den verwendeten Werkstoffen, eine dem Fachmann bekannte eine Wärmenachbehandlung.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Kolbens (10, 110, 210) für einen Verbrennungsmotor, aus mindestens zwei Bauteilen (11, 111, 211 ; 18, 118, 218), die jeweils mindestens eine korrespondierende Fügefläche (23, 24) aufweisen, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:
a) Vorbearbeiten der mindestens zwei Bauteile (11 , 111, 211; 18, 118, 218) zumindest im Bereich der Fügeflächen (23, 24);
b) Abdecken zumindest eines Teils der Oberfläche mindestens eines Bauteils (11, 111, 211; 18, 118, 218) mit mindestens einem Abdeckmittel (25);
c) Zusammensetzen der mindestens zwei Bauteile (11 , 111 , 211 ; 18, 118, 218);
d) Verbinden der mindestens zwei Bauteile (11 , 111 , 211 ; 18, 118, 218) entlang ihrer korrespondierenden Fügeflächen (23, 24) mittels Strahlschweißen zu einem Kolbenrohling (10');
e) Entfernen des mindestens einen Abdeckmittels (25) sowie ggf. daran haftendem überschüssigem Schweißgut (26);
f) Fertigbearbeiten des Kolbenrohlings (10') zum fertigen Kolben (10, 110, 210).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) das mindestens eine Abdeckmittel (25) mindestens 1mm von der Kante jeder Fügefläche (23, 24) entfernt angebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) das mindestens eine zu behandelnde Bauteil (11 , 111, 211 ; 18, 118; 218) mit mindestens einem flüssigen Abdeckmittel (25) durch Aufstreichen, Aufsprühen, Aufwalzen oder Bedrucken zumindest teilweise beschichtet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Abdeckmittel (25) mindestens ein flüssiges Bindemittel verwendet wird, in welchem ein oder mehrere Wirkstoffe enthalten sind, die aus der Gruppe umfassend Graphit, hexagonales Bornitrid, Polytetrafluorethylen sowie die Glimmergruppe ausgewählt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) ein Schweißschutzspray verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) das mindestens eine Abdeckmittel (25) mit einer Schichtdicke von mindestens 100 m aufgetragen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Abdeckmittel (25) zu beschichtenden Bauteile (11 , 111 , 211 ; 18, 118, 218) vor dem Schritt b) auf 50°C bis 80°C vorgewärmt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beschichteten Bauteile (11 , 111 , 211 ; 18, 118, 218) nach Schritt b) durch Erwärmen auf 80°C bis 180°C getrocknet werden.
9. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt e) das Abdeckmittel (25) durch Hochdruckspülen mit einem Fluid bei einem Druck von bis zu 1000bar entfernt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dass in Schritt e) dem Fluid mindestens ein Ab- rasivmittel zugesetzt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt e) das Abdeckmittel (25) durch Entgraten, Gleitschleifen, Gleitspanen oder Druckfließläppen entfernt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Abdeckmittel (25) eine Schutzfolie in Form einer Graphitfolie, ein Schutzgewebe aus Graphitfaser, ein Schutzgewebe aus Keramikfaser und/oder ein Tau, eine Schnur und/oder eine Kordel aus Graphit- und/oder Keramikfaser verwendet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schutzfolie mit einer Dicke von 0,3mm bis 0,5mm und/oder ein Schutzgewebe mit einer Dicke von 1 ,0mm bis 2,0mm verwendet wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt e) die das Abdeckmittel (25) vor dem Entfernen zerkleinert werden.
15. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) die mindestens zwei Bauteile (11 , 111 , 211; 18, 118, 218) geheftet oder mindestens ein Bauteil (11 , 111 , 211) auf ein weiteres Bauteil (18, 118, 218) aufgeschrumpft wird.
16. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt d) die mindestens zwei Bauteile (11 , 111 , 211 ; 18, 118, 218) mittels Elektronen- strahlschweißen oder Laserschweißen verbunden werden.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt d) ein CO2-Laser verwendet wird.
18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass vor Schritt d) die zu verbindenden Bauteile (11 , 111 , 211 ; 18, 118, 218) auf 400°C bis 550°C vorgewärmt werden.
19. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenrohling (10') nach Schritt e) abgeblasen und/oder getrocknet sowie gegen Korrosion konserviert wird.
20. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenrohling (10') nach Schritt e) auf restlose Entfernung von überschüssigem Schweißgut inspiziert wird.
21. Kolben (10, 110, 210) für einen Verbrennungsmotor, herstellbar mittels eines Verfahrens nach Anspruch 1.
22. Kolben (10, 110, 210) für einen Verbrennungsmotor, aus mindestens zwei Bauteilen (11 , 111 , 211 ; 18, 118, 218), die mittels Strahlschweißen miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (10, 110, 210) frei von daran haftendem überschüssigem Schweißgut (26) ist.
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