WO2018114223A1 - Method for producing a one-part piston for an internal combustion engine by forging and piston produced in such a way - Google Patents

Method for producing a one-part piston for an internal combustion engine by forging and piston produced in such a way Download PDF

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WO2018114223A1
WO2018114223A1 PCT/EP2017/080383 EP2017080383W WO2018114223A1 WO 2018114223 A1 WO2018114223 A1 WO 2018114223A1 EP 2017080383 W EP2017080383 W EP 2017080383W WO 2018114223 A1 WO2018114223 A1 WO 2018114223A1
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WO
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piston
cooling channel
section
opening
forged
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PCT/EP2017/080383
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Inventor
Timo Linke
Rainer Scharp
Matthias Seifried
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Mahle International Gmbh
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    • 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
    • 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
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a one-piece piston for an internal combustion engine by forging.
  • the invention also relates to a piston produced by this method.
  • Steel pistons can be produced, for example, by forging, wherein after completion of the forging process a circumferential cooling channel is introduced by a machining from below.
  • this machining not only increases the cycle time, but also the cycle time
  • the present invention therefore addresses the problem of providing a method for producing a one-piece piston for an internal combustion engine by means of forging, which no longer has the disadvantages known from the prior art.
  • the present invention is based on the general idea, for the first time in a forged, one-piece piston to forge a cooling channel at least in some areas, whereby the previously required for the production of such a piston rotation process for introducing the cooling channel omitted, or at least can be greatly reduced.
  • the piston produced by the method according to the invention has a
  • Piston head with a ring section and an integrally formed with the piston head piston skirt.
  • a piston channel is provided in the piston head, that is, usually open towards the bottom and at least partially encircling cooling channel.
  • at least two pockets interrupted in the circumferential direction by an at least equal number of webs and open toward the piston skirt are then forged, which form the later cooling channel.
  • the individual bags are in
  • Made bags which eliminates the hitherto required machining and the entire manufacturing process can be significantly streamlined and reduced in terms of its cost.
  • at least two pockets are formed during forging, resulting in two webs interrupting the respective pockets in the circumferential direction.
  • a bag forming or forming the later cooling channel is produced by a punch pressed in from below while forging. As this is in the area of Box walls, for example, is not possible, usually webs are arranged there. It is thus possible for the first time with the method according to the invention
  • Methods are forged at least four in the circumferential direction by an at least equal number of webs interrupted and open towards the piston skirt pockets that form the later cooling channel. At four in
  • the cooling channel is reworked exclusively in the area of the support surface, but otherwise remains unprocessed.
  • Combustion chamber or the piston head pointing towards the area of the cooling channel thus remains completely unprocessed and thereby has compared to a machining production of the cooling channel a forging own and greater surface roughness in the region of the cooling channel, whereby a larger surface is available for heat exchange and thus a piston produced by the process according to the invention can additionally effect a better cooling of the heavily loaded areas, such as, for example, a combustion chamber trough and a top land.
  • a piston produced by the process according to the invention can additionally effect a better cooling of the heavily loaded areas, such as, for example, a combustion chamber trough and a top land.
  • At least one cooling channel cover is attached, wherein the breakthrough is made in at least one web such that a remaining there between the piston and the cooling channel cover cross-section at least half as large as a cross section of an inlet opening in the
  • Cooling channel In this way, a sufficient flow of the cooling medium, for example. Oil, between two adjacent pockets and thus ensuring a cooling capacity can be guaranteed.
  • the present invention is further based on the general idea of a one-piece forged piston according to the method described above
  • an axial height of at least one aperture is at least 10% of an axial height of the cooling channel at its highest point.
  • the cooling channel at least partially extends up to a second annular groove.
  • the cooling channel is thus pulled so far upwards in terms of its axial height, that the temperature-critical areas of the piston, such as, for example, land, ring and / or
  • Combustion bowl can be cooled reliably. A sufficient amount
  • Cooling of the aforementioned, temperature-critical regions of the piston is essential for a high functional reliability of the piston and a long life thereof.
  • Fig. 1 is a sectional view through a means of a
  • Fig. 2 is a sectional view taken along the section plane B-B through the
  • Fig. 3 is a sectional view through the according to the invention
  • FIGS. 1 and 3 one according to the invention
  • piston 1 illustrated in FIGS. 1 to 3 is now produced as follows: First, a piston blank is inserted into a corresponding one
  • Forged tool (not shown) inserted and then made the piston 1 by forging. At the same time at least two in
  • Circumferential direction 6 (see Fig. 2) interrupted by an at least equal number of webs 7 and the piston shaft 4 out, that is in the present case according to FIGS. 1 and 3 downwardly open pockets 9 forged, which form the later cooling channel 8 ,
  • a chisel an at least partially encircling support surface 1 1 for a cooling channel cover 12th
  • At least two pockets 9 are introduced by forging, but it is also conceivable that at an increased required rigidity of the piston 1, a web 7, z. For example, behind so located radially inward, can remain to a tread 14 (see left pockets 9 and web 7 in FIG.
  • Secondary movement can be influenced.
  • a cross section of the opening 13 is at least half as large as a cross section of an inlet opening.
  • An axial height h of at least one opening 13 amounts to at least 10% of an axial height H of the cooling channel 8 at its highest point, as shown for example in FIG. 1. This is also to ensure that that the cross section of the opening 13 is so large that a reliable circulation of cooling medium, for example. Oil, in the cooling channel 8 between two
  • the axial height H of the cooling channel 8 extends at least partially up to a second annular groove 16a to both the ring section 3 and the combustion bowl 5 of the piston 1, that is, the temperature-critical areas of the piston 1 to be able to cool reliably.
  • a forged piston 1 can be produced inexpensively and with relatively low cycle time, since the cooling channel 8 in the form of at least two interrupted in the circumferential direction by webs 7 pockets 9 already forged and therefore not subsequently introduced by a machining operation got to.
  • the piston 1 according to the invention can thus be offered more cost-effectively as a forged piston 1.

Abstract

The invention relates to a method for producing a one-part piston (1) for an internal combustion engine by forging, comprising a piston skirt (4) formed in one piece with a piston head (2), wherein a cooling duct (8) which is open towards the piston skirt (4) and runs around at least part of the periphery is provided in the piston head (2), in which method at least two pockets (9), which are interrupted in the circumferential direction (6) by an at least equal number of webs (7), are open towards the piston skirt (4) and form the later cooling duct (8), are forged together, then a supporting surface (11) that runs around at least part of the periphery for a cooling duct covering (12) is plunge-cut, wherein an aperture (13) is made in at least one web (7), and a fluidic connection between at least two adjacent pockets (9) is thus created. The invention also relates to a one-part forged piston produced in this way.

Description

VERFAHREN ZUM HERSTELLEN EINES EINTEILIGEN KOLBENS FÜR EINEN  METHOD FOR PRODUCING ONE-PIECE PISTON FOR ONE
VERBRENNUNGSMOTOR DURCH SCHMIEDEN UND DERART HERGESTELLTER KOLBEN  COMBUSTION ENGINE THROUGH FORGING AND PISTON PRODUCED THEREOF
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines einteiligen Kolbens für einen Verbrennungsmotor durch Schmieden. Die Erfindung betrifft außerdem einen nach diesem Verfahren hergestellten Kolben. The present invention relates to a method of manufacturing a one-piece piston for an internal combustion engine by forging. The invention also relates to a piston produced by this method.
Einteilige Stahlkolben bzw. Kolben generell, sind hinlänglich bekannt, One-piece steel pistons or pistons in general, are well known
insbesondere aus der DE 10 2006 045 728 A1 . in particular from DE 10 2006 045 728 A1.
Stahlkolben können bspw. durch Schmieden hergestellt werden, wobei nach Abschluss des Schmiedeverfahrens ein umlaufender Kühlkanal durch eine spanabhebende Bearbeitung von unten eingebracht wird. Diese spanabhebende Bearbeitung erhöht jedoch nicht nur die Taktzeit, sondern auch die Steel pistons can be produced, for example, by forging, wherein after completion of the forging process a circumferential cooling channel is introduced by a machining from below. However, this machining not only increases the cycle time, but also the cycle time
Herstellungskosten für einen derartig hergestellten Kolben. Besonders das Drehen der Kühlkanalgeometrie in den geschmiedeten Kolben stellt dabei zudem eine technisch aufwendige Lösung dar. Production costs for a piston produced in this way. In particular, turning the cooling channel geometry into the forged pistons also represents a technically complicated solution.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, ein Verfahren zur Herstellung eines einteiligen Kolbens für einen Verbrennungsmotor mittels Schmieden anzugeben, welches die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile nicht mehr aufweist. The present invention therefore addresses the problem of providing a method for producing a one-piece piston for an internal combustion engine by means of forging, which no longer has the disadvantages known from the prior art.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, erstmals bei einem durch Schmieden hergestellten, einteiligen Kolben einen Kühlkanal zumindest bereichsweise gleich mit einzuschmieden, wodurch der bislang zur Herstellung bei einem solchen Kolben erforderliche Drehprozess zum Einbringen des Kühlkanals entfallen, zumindest aber stark reduziert werden kann. Der durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellte Kolben weist dabei einen This problem is solved according to the invention by the subject matter of independent claim 1. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims. The present invention is based on the general idea, for the first time in a forged, one-piece piston to forge a cooling channel at least in some areas, whereby the previously required for the production of such a piston rotation process for introducing the cooling channel omitted, or at least can be greatly reduced. The piston produced by the method according to the invention has a
Kolbenkopf mit einer Ringpartie sowie einen einstückig mit dem Kolbenkopf ausgebildeten Kolbenschaft auf. Im Kolbenkopf ist dabei ein zum Kolbenschaft hin, das heißt üblicherweise nach unten hin offener und zumindest teilweise umlaufender Kühlkanal vorgesehen. Erfindungsgemäß werden nun zumindest zwei in Umfangsrichtung durch eine zumindest gleiche Anzahl an Stegen unterbrochene und zum Kolbenschaft hin offene Taschen mitgeschmiedet, die den späteren Kühlkanal bilden. Die einzelnen Taschen sind dabei in Piston head with a ring section and an integrally formed with the piston head piston skirt. In this case, a piston channel is provided in the piston head, that is, usually open towards the bottom and at least partially encircling cooling channel. According to the invention, at least two pockets interrupted in the circumferential direction by an at least equal number of webs and open toward the piston skirt are then forged, which form the later cooling channel. The individual bags are in
Umfangsrichtung somit durch die Stege voneinander getrennt, bilden jedoch im Bereich der Taschen bereits die endgültige Kontur des späteren Kühlkanals. Nach dem Schmieden wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, insbesondere mittels eines schräg zur Kolbenachse geführten Stechmeißels, eine zumindest teilweise umlaufende Auflagefläche für eine Kühlkanalabdeckung eingestochen, wobei mit dem Stechmeißel ein Durchbruch in zumindest einem Steg eingebracht und so eine fluidische Verbindung zwischen zumindest zwei in Umfangsrichtung benachbarten Taschen geschaffen wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird somit ein Großteil des Kühlkanals bereits beim Schmieden durch die Circumferential direction thus separated by the webs, but in the pockets already form the final contour of the later cooling channel. After forging in the inventive method, in particular by means of a guided obliquely to the piston axis plunger, an at least partially encircling support surface for a cooling channel cover, inserted with the piercer an opening in at least one web and so a fluidic connection between at least two adjacent in the circumferential direction Bags is created. In the method according to the invention thus a large part of the cooling channel is already during forging by the
Taschen hergestellt, wodurch die bislang hierfür erforderliche spanabhebende Bearbeitung entfallen und das gesamte Herstellungsverfahren deutlich gestrafft und hinsichtlich seiner Kosten reduziert werden kann. Üblicherweise werden dabei zumindest zwei Taschen beim Schmieden eingeformt, woraus sich zwei die jeweiligen Taschen in Umfangsrichtung unterbrechende Stege ergeben. Eine den späteren Kühlkanal ausformende bzw. bildende Tasche entsteht dabei durch einen beim Schmieden von unten eingedrückten Stempel. Da dies im Bereich der Kastenwände bspw. nicht möglich ist, sind dort üblicherweise Stege angeordnet. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es somit erstmals möglich, Made bags, which eliminates the hitherto required machining and the entire manufacturing process can be significantly streamlined and reduced in terms of its cost. Usually, at least two pockets are formed during forging, resulting in two webs interrupting the respective pockets in the circumferential direction. A bag forming or forming the later cooling channel is produced by a punch pressed in from below while forging. As this is in the area of Box walls, for example, is not possible, usually webs are arranged there. It is thus possible for the first time with the method according to the invention
geschmiedete Kolben deutlich kostengünstiger anzubieten als bisher. Forged pistons offer much cheaper than before.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen In a further advantageous embodiment of the invention
Verfahrens werden zumindest vier in Umfangsrichtung durch eine zumindest gleiche Anzahl an Stegen unterbrochene und zum Kolbenschaft hin offene Taschen mitgeschmiedet, die den späteren Kühlkanal bilden. Bei vier in Method are forged at least four in the circumferential direction by an at least equal number of webs interrupted and open towards the piston skirt pockets that form the later cooling channel. At four in
Umfangsrichtung durch ebenfalls vier dazwischen angeordnete Stege Circumferential direction by also four interposed webs
unterbrochene Taschen werden die Stege im Bereich der Kastenwände angeordnet, so dass der Kolben in diesem Bereich keinen oder lediglich einen marginalen Steifigkeitsverlust erfährt. interrupted pockets, the webs are arranged in the area of the box walls, so that the piston experiences no or only a marginal loss of stiffness in this area.
Zweckmäßig wird der Kühlkanal ausschließlich im Bereich der Auflagefläche nachbearbeitet, bleibt ansonsten jedoch unbearbeitet. Der zu einer Suitably, the cooling channel is reworked exclusively in the area of the support surface, but otherwise remains unprocessed. The one to one
Brennraummulde bzw. zum Kolbenkopf hin zeigende Bereich des Kühlkanals bleibt somit komplett unbearbeitet und weist dadurch im Vergleich zu einer spanabhebenden Herstellung des Kühlkanals eine dem Schmiedeverfahren eigene und größere Oberflächenrauigkeit im Bereich des Kühlkanals auf, wodurch eine größere Oberfläche zum Wärmetausch zur Verfügung steht und dadurch ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter Kolben zusätzlich eine bessere Kühlung der hoch belasteten Bereiche, wie bspw. einer Brennraummulde und einem Feuersteg, bewirken kann. Durch den Wegfall der Nachbearbeitung im oberen Bereich lassen sich ebenfalls Herstellungskosten reduzieren. Combustion chamber or the piston head pointing towards the area of the cooling channel thus remains completely unprocessed and thereby has compared to a machining production of the cooling channel a forging own and greater surface roughness in the region of the cooling channel, whereby a larger surface is available for heat exchange and thus a piston produced by the process according to the invention can additionally effect a better cooling of the heavily loaded areas, such as, for example, a combustion chamber trough and a top land. By eliminating the post-processing in the upper area can also reduce manufacturing costs.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen In a further advantageous embodiment of the invention
Verfahrens wird zumindest eine Kühlkanalabdeckung angebracht, wobei der Durchbruch in zumindest einem Steg derart hergestellt wird, dass ein dort zwischen dem Kolben und der Kühlkanalabdeckung verbleibender Querschnitt zumindest halb so groß ist wie ein Querschnitt einer Zulauföffnung in den Method, at least one cooling channel cover is attached, wherein the breakthrough is made in at least one web such that a remaining there between the piston and the cooling channel cover cross-section at least half as large as a cross section of an inlet opening in the
Kühlkanal. Hierdurch soll eine ausreichende Strömung des Kühlmediums, bspw. Öl, zwischen zwei benachbarten Taschen und damit eine Gewährleistung einer Kühlleistung gewährleistet werden können. Cooling channel. In this way, a sufficient flow of the cooling medium, for example. Oil, between two adjacent pockets and thus ensuring a cooling capacity can be guaranteed.
Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, einen einteiligen Schmiedekolben nach dem zuvor beschriebenen Verfahren The present invention is further based on the general idea of a one-piece forged piston according to the method described above
herzustellen, bei welchem eine axiale Höhe zumindest eines Durchbruchs zumindest 10% einer axialen Höhe des Kühlkanals an seiner höchsten Stelle beträgt. Auch dieser Grenzwert soll wiederum einen Minimalquerschnitt des Durchbruchs im Vergleich zu einem Querschnitt des Kühlkanals und damit ein ausreichendes und zuverlässiges Umlaufen des Kühlmediums gewährleisten, was letztlich für eine zuverlässige Kühlung des Kolbens erforderlich ist. in which an axial height of at least one aperture is at least 10% of an axial height of the cooling channel at its highest point. Again, this limit is to ensure a minimum cross-section of the opening in comparison to a cross section of the cooling channel and thus a sufficient and reliable circulation of the cooling medium, which is ultimately required for a reliable cooling of the piston.
Zweckmäßig reicht bei dem erfindungsgemäßen Kolben der Kühlkanal zumindest bereichsweise bis zu einer zweiten Ringnut. Der Kühlkanal ist somit hinsichtlich seiner axialen Höhe soweit nach oben gezogen, dass die temperaturkritischen Bereiche des Kolbens, wie bspw. Feuersteg, Ringpartie und/oder Appropriately, in the piston according to the invention, the cooling channel at least partially extends up to a second annular groove. The cooling channel is thus pulled so far upwards in terms of its axial height, that the temperature-critical areas of the piston, such as, for example, land, ring and / or
Brennraummulde, zuverlässig gekühlt werden können. Eine ausreichende Combustion bowl, can be cooled reliably. A sufficient
Kühlung der zuvor erwähnten, temperaturkritischen Bereiche des Kolbens ist dabei essentiell für eine hohe Funktionszuverlässigkeit des Kolbens und eine lange Lebensdauer desselben. Cooling of the aforementioned, temperature-critical regions of the piston is essential for a high functional reliability of the piston and a long life thereof.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawings and from the associated
Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen. Description of the figures with reference to the drawings.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen. Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail in the following description, wherein like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components.
Dabei zeigen, jeweils schematisch, Show, in each case schematically,
Fig. 1 eine Schnittdarstellung durch einen mittels eines Fig. 1 is a sectional view through a means of a
erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Kolben,  piston produced according to the invention,
Fig. 2 eine Schnittdarstellung entlang der Schnittebene B-B durch den Fig. 2 is a sectional view taken along the section plane B-B through the
Kolben aus Fig. 1 ,  Piston of Fig. 1,
Fig. 3 eine Schnittdarstellung durch den nach dem erfindungsgemäßen Fig. 3 is a sectional view through the according to the invention
Verfahren hergestellten Kolben entsprechend der Fig. 1 , jedoch bei einer um 90° verdrehten Schnittebene.  Method produced piston according to FIG. 1, but with a rotated by 90 ° cutting plane.
Entsprechend den Fig. 1 und 3, weist ein nach einem erfindungsgemäßen According to FIGS. 1 and 3, one according to the invention
Verfahren hergestellter einteiliger Kolben 1 für einen nicht gezeigten Method manufactured one-piece piston 1 for a not shown
Verbrennungsmotor einen Kolbenkopf 2 mit einer Ringpartie 3 sowie einen einstückig mit dem Kolbenkopf 2 ausgebildeten Kolbenschaft 4 auf. Im Bereich seines Kolbenkopfes 2 besitzt der hier dargestellte Kolben 1 eine Internal combustion engine on a piston head 2 with a ring section 3 and a piston stem 4 formed integrally with the piston head 2. In the area of its piston head 2, the piston 1 shown here has a
Brennraummulde 5. Zudem ist im Kolbenkopf 2 ein zum Kolbenschaft 4 hin offener und zumindest teilweise umlaufender Kühlkanal 8 vorgesehen. Erfindungsgemäß wird nun der gemäß den Fig. 1 bis 3 dargestellte Kolben 1 wie folgt hergestellt: Zunächst wird ein Kolbenrohling in ein entsprechendes Combustor trough 5. In addition, a piston channel 4 open towards the piston and 4 at least partially circumferential cooling channel 8 is provided. According to the invention, the piston 1 illustrated in FIGS. 1 to 3 is now produced as follows: First, a piston blank is inserted into a corresponding one
Schmiedewerkzeug (nicht dargestellt) eingelegt und anschließend der Kolben 1 durch Schmieden hergestellt. Hierbei werden zugleich zumindest zwei in Forged tool (not shown) inserted and then made the piston 1 by forging. At the same time at least two in
Umfangsrichtung 6 (vgl. Fig. 2) durch eine zumindest gleiche Anzahl an Stegen 7 unterbrochene und zum Kolbenschaft 4 hin, das heißt im vorliegenden Fall gemäß den Fig. 1 und 3 nach unten hin offene Taschen 9 mitgeschmiedet, die den späteren Kühlkanal 8 bilden. Nach dem Schmieden wird mittels eines schräg zur Kolbenachse 10 geführten und nicht gezeigten Stechmeißels eine zumindest teilweise umlaufende Auflagefläche 1 1 für eine Kühlkanalabdeckung 12 Circumferential direction 6 (see Fig. 2) interrupted by an at least equal number of webs 7 and the piston shaft 4 out, that is in the present case according to FIGS. 1 and 3 downwardly open pockets 9 forged, which form the later cooling channel 8 , After forging, by means of an obliquely guided to the piston axis 10 and not shown, a chisel an at least partially encircling support surface 1 1 for a cooling channel cover 12th
eingestochen, wobei mit dem Stechmeißel zugleich ein Durchbruch 13 (vgl. Fig.pierced, with the piercer at the same time an opening 13 (see FIG.
1 ) in zumindest einem Steg 7 eingebracht und so eine fluidische Verbindung zwischen zumindest zwei benachbarten Taschen 9 geschaffen wird. Ein derartiger Durchbruch 13 ist dabei in den Darstellungen ausschließlich in Fig. 1 zu sehen. 1) is introduced into at least one web 7 and so a fluidic connection between at least two adjacent pockets 9 is created. Such a breakthrough 13 can be seen in the illustrations exclusively in Fig. 1.
Erfindungsgemäß werden dabei zumindest zwei Taschen 9 durch Schmieden eingebracht, wobei jedoch auch denkbar ist, dass bei einer erhöhten geforderten Steifigkeit des Kolbens 1 ein Steg 7, z. Bsp. hinter also radial innen gelegen, zu einer Lauffläche 14 stehen bleiben kann (vgl. linke Taschen 9 und Steg 7 in Fig.According to the invention at least two pockets 9 are introduced by forging, but it is also conceivable that at an increased required rigidity of the piston 1, a web 7, z. For example, behind so located radially inward, can remain to a tread 14 (see left pockets 9 and web 7 in FIG.
2) . Dadurch wird die Steifigkeit des Schafts auf Druckseite im Vergleich zum Kolbenschaft 4 auf Gegendruckseite gesteigert. Somit kann die 2). As a result, the rigidity of the shaft is increased on the pressure side compared to the piston shaft 4 on the counter-pressure side. Thus, the
Sekundärbewegung beeinflusst werden. Secondary movement can be influenced.
Werden dabei zwei Taschen 9 beim Schmieden eingeformt, ergeben sich mindestens zwei Stege 7. Bei vier Taschen 9 ergeben sich mindestens vier Stege 7. Je nachdem ob ein oder beide Schäfte des Kolbenschaftes 4 angebunden werden sollen, können selbstverständlich auch mehr Stege 7 entstehen. If two pockets 9 are formed during forging, at least two webs 7 result. Four pockets 9 result in at least four webs 7. Depending on whether one or both shanks of the piston shaft 4 are to be connected, of course, more webs 7 may arise.
Üblicherweise ergeben sich jedoch mindestens vier Stege 7 durch die Usually, however, at least four webs 7 result from the
Kastenwände 15 (vgl. Fig. 2). Von besonderem Vorteil bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren ist, dass der Kühlkanal 8 nicht nachträglich durch eine spanabhebende Bearbeitung eingebracht werden muss, was nicht nur eine Taktzeit verlängert, sondern zudem auch die Herstellungskosten deutlich erhöht. Durch den im oberen Teil Box walls 15 (see Fig. 2). Of particular advantage in the manufacturing method according to the invention is that the cooling channel 8 does not have to be subsequently introduced by a machining, which not only extends a cycle time, but also significantly increases the production cost. By the one in the upper part
unbearbeiteten Kühlkanal 8, weist dieser dort aufgrund des Schmiedeprozesses auch eine zumindest geringfügig höhere Oberflächenrauigkeit auf, als dies mit einer spanabhebenden Bearbeitung der Fall wäre, wodurch sich eine vergrößerte Oberfläche zum Wärmetausch ergibt, so dass mit dem erfindungsgemäßen Kolben 1 auch eine Kühlung desselben im Bereich des Kolbenkopfs 2, das heißt insbesondere im Bereich der Ringpartie 3 bzw. der Brennraummulde 5 verbessert werden kann. Der mittels des Stechmeißels einzubringende Einstich zum unprocessed cooling channel 8, this has there due to the forging process also has an at least slightly higher surface roughness, as would be the case with a machining, resulting in an enlarged surface for heat exchange, so that with the piston 1 according to the invention also a cooling of the same of the piston head 2, that is, in particular in the region of the ring section 3 or the combustion bowl 5 can be improved. The puncture to be introduced by means of the piercing tool
Herstellen der Auflageflächen 1 1 und der Durchbrüche 13 kann dabei Manufacture of the bearing surfaces 1 1 and the openings 13 can thereby
vergleichsweise einfach und kostengünstig realisiert werden. be realized comparatively simple and inexpensive.
Um ein Umlaufen des durch eine Zulauföffnung eingeführten Kühlmediums, bspw. Öl, im Kühlkanal 8 gewährleisten zu können, ist ein Querschnitt des Durchbruchs 13 zumindest halb so groß, wie ein Querschnitt einer Zulauföffnung. Der In order to ensure circulation of the introduced through an inlet opening cooling medium, for example. Oil, in the cooling channel 8, a cross section of the opening 13 is at least half as large as a cross section of an inlet opening. Of the
Querschnitt des Durchbruchs 13 ist dabei einerseits durch die Cross section of the opening 13 is on the one hand by the
Kühlkanalabdeckung 12 und andererseits durch den Kolben 1 begrenzt. Cooling duct cover 12 and on the other hand limited by the piston 1.
Nach dem Einbringen des Einstichs wird der Kolben 1 selbstverständlich noch gedreht, wobei in diesem Prozessschritt auch einzelne Ringnuten 16 im Bereich der Ringpartie 3 eingebracht, insbesondere eingedreht oder eingeschliffen, werden. Of course, after insertion of the recess, the piston 1 is still rotated, whereby in this process step individual annular grooves 16 are also introduced in the area of the ring section 3, in particular screwed or ground.
Eine axiale Höhe h zumindest eines Durchbruchs 13 beträgt dabei zumindest 10% einer axialen Höhe H des Kühlkanals 8 an seiner höchsten Stelle, wie dies bspw. gemäß der Fig. 1 dargestellt ist. Auch hierdurch soll gewährleistet werden, dass der Querschnitt des Durchbruchs 13 so groß ist, dass ein zuverlässiges Umlaufen von Kühlmedium, bspw. Öl, im Kühlkanal 8 zwischen zwei An axial height h of at least one opening 13 amounts to at least 10% of an axial height H of the cooling channel 8 at its highest point, as shown for example in FIG. 1. This is also to ensure that that the cross section of the opening 13 is so large that a reliable circulation of cooling medium, for example. Oil, in the cooling channel 8 between two
benachbarten Taschen 9 und damit eine zuverlässige Kühlung des Kolbens 1 erreicht werden kann. Die axiale Höhe H des Kühlkanals 8 verläuft dabei zumindest bereichsweise bis zu einer zweiten Ringnut 16a, um sowohl die Ringpartie 3 als auch die Brennraummulde 5 des Kolbens 1 , das heißt die temperaturkritischen Bereiche des Kolbens 1 , zuverlässig kühlen zu können. adjacent pockets 9 and thus a reliable cooling of the piston 1 can be achieved. The axial height H of the cooling channel 8 extends at least partially up to a second annular groove 16a to both the ring section 3 and the combustion bowl 5 of the piston 1, that is, the temperature-critical areas of the piston 1 to be able to cool reliably.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann somit erstmals ein geschmiedeter Kolben 1 kostengünstig und mit vergleichsweise geringer Taktzeit hergestellt werden, da der Kühlkanal 8 in Form von zumindest zwei in Umfangsrichtung durch Stege 7 unterbrochene Taschen 9 bereits mit eingeschmiedet und deshalb nicht nachträglich durch eine spanabhebende Bearbeitung eingebracht werden muss. Der erfindungsgemäße Kolben 1 lässt sich somit als geschmiedeter Kolben 1 kostengünstiger anbieten. With the method according to the invention thus for the first time a forged piston 1 can be produced inexpensively and with relatively low cycle time, since the cooling channel 8 in the form of at least two interrupted in the circumferential direction by webs 7 pockets 9 already forged and therefore not subsequently introduced by a machining operation got to. The piston 1 according to the invention can thus be offered more cost-effectively as a forged piston 1.

Claims

Ansprüche claims
1 . Verfahren zum Herstellen eines einteiligen Kolbens (1 ) für einen 1 . Method for producing a one-piece piston (1) for a
Verbrennungsmotor durch Schmieden,  Combustion engine by forging,
- mit einem einstückig mit einem Kolbenkopf (2) ausgebildeten Kolbenschaft (4),  with a piston stem (4) formed integrally with a piston head (2),
- wobei im Kolbenkopf (2) ein zum Kolbenschaft (4) hin offener und zumindest teilweise umlaufender Kühlkanal (8) vorgesehen ist,  - Wherein in the piston head (2) to the piston shaft (4) open towards and at least partially circumferential cooling channel (8) is provided,
bei dem,  in which,
- zumindest zwei in Umfangsrichtung (6) durch eine zumindest gleiche Anzahl an Stegen (7) unterbrochene und zum Kolbenschaft (4) hin offene Taschen (9) mitgeschmiedet werden, die den späteren Kühlkanal (8) bilden,  - At least two in the circumferential direction (6) interrupted by an at least equal number of webs (7) and the piston skirt (4) open pockets (9) are forged, which form the later cooling channel (8),
- anschließend eine zumindest teilweise umlaufende Auflagefläche (1 1 ) für eine Kühlkanalabdeckung (12) eingestochen wird, wobei ein Durchbruch (13) in zumindest einem Steg (7) eingebracht und so eine fluidische  - Subsequently, an at least partially encircling bearing surface (1 1) for a cooling channel cover (12) is inserted, wherein an opening (13) in at least one web (7) introduced and so a fluidic
Verbindung zwischen zumindest zwei benachbarten Taschen (9) geschaffen wird.  Connection between at least two adjacent pockets (9) is created.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , 2. The method according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass zumindest vier in Umfangsrichtung (6) durch eine gleiche Anzahl an Stegen (7) unterbrochene und zum Kolbenschaft (4) hin offene Taschen (9) mitgeschmiedet werden, die den späteren Kühlkanal (8) bilden. that at least four in the circumferential direction (6) interrupted by an equal number of webs (7) and the piston skirt (4) open pockets (9) are forged, which form the later cooling channel (8).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, 3. The method according to claim 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die zumindest teilweise umlaufende Auflagefläche (1 1 ) für die  that the at least partially encircling support surface (1 1) for the
Kühlkanalabdeckung (12) mittels eines schräg zur Kolbenachse (10) geführten Stechmeißels eingestochen wird.  Cooling channel cover (12) is inserted by means of an obliquely to the piston axis (10) guided lancing tool.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 4. The method according to any one of claims 1 to 3,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass zumindest eine Kühlkanalabdeckung (12) angebracht wird, wobei der Durchbruch (13) in zumindest einem Steg (7) derart hergestellt wird, dass ein dort zwischen Kolben (1 ) und Kühlkanalabdeckung (12) verbleibender  in that at least one cooling channel cover (12) is attached, wherein the opening (13) is produced in at least one web (7) such that there remains between piston (1) and cooling channel cover (12)
Querschnitt zumindest halb so groß ist wie ein Querschnitt einer Zulauföffnung in den Kühlkanal (8).  Cross-section is at least half as large as a cross section of an inlet opening in the cooling channel (8).
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 5. The method according to any one of claims 1 to 4,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass in eine Ringpartie (3) Nuten (16,16a) für Kolbenringe eingebracht, insbesondere eingedreht oder eingeschliffen, werden.  in that grooves (16, 16a) for piston rings are introduced, in particular screwed or ground, into a ring section (3).
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, 6. The method according to any one of claims 3 to 5,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass der Kühlkanal (8) ausschließlich mittels des Stechmeißels im Bereich der Auflagefläche (1 1 ) nachbearbeitet wird, ansonsten unbearbeitet bleibt.  that the cooling channel (8) is reworked exclusively by means of the piercing tool in the region of the bearing surface (1 1), otherwise remains unprocessed.
7. Einteiliger Schmiedekolben (1 ), hergestellt nach dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche. 7. One-piece forged piston (1), produced by the method according to any one of the preceding claims.
8. Kolben nach Anspruch 7, 8. Piston according to claim 7,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass eine axiale Höhe (h) zumindest eines Durchbruchs (13) zumindest 10% einer axialen Höhe (H) des Kühlkanals (8) an seiner höchsten Stelle beträgt.  an axial height (h) of at least one opening (13) amounts to at least 10% of an axial height (H) of the cooling channel (8) at its highest point.
9. Kolben nach Anspruch 7 oder 8, 9. Piston according to claim 7 or 8,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass der Durchbruch (13) in zumindest einem Steg (7) einen Querschnitt aufweist, der zumindest halb so groß ist wie ein Querschnitt einer  in that the opening (13) in at least one web (7) has a cross section which is at least half as large as a cross section of a
Zulauföffnung in den Kühlkanal (8).  Inlet opening in the cooling channel (8).
10. Kolben nach einem der Ansprüche 7 bis 9, 10. Piston according to one of claims 7 to 9,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass der Kühlkanal (8) zumindest bereichsweise bis zu einer zweiten Ringnut (16a) reicht.  that the cooling channel (8) at least partially extends to a second annular groove (16a).
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