WO2023198394A1

WO2023198394A1 - Kolbenrohling, kolben und verfahren

Info

Publication number: WO2023198394A1
Application number: PCT/EP2023/056651
Authority: WO
Inventors: Holger Germann; Gerhard Luz; Edward Werninghaus
Original assignee: Ks Kolbenschmidt Gmbh
Priority date: 2022-04-13
Filing date: 2023-03-15
Publication date: 2023-10-19
Also published as: DE102022108997A1; CN217538859U

Abstract

Kolbenrohling (39) für einen Kolben (8), wobei der Kolbenrohling (39) zumindest abschnittsweise aus einer Stahllegierung gefertigt ist, die einen Chromanteil von 0,5 bis 2 Gewichtsprozent und einen Siliziumanteil von 2,5 bis 3,5 Gewichtsprozent aufweist.

Description

KOLBENROHLING, KOLBEN UND VERFAHREN

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolbenrohling für einen Kolben, einen Kolben mit einem derartigen Kolbenrohling und ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Kolbens mit Hilfe eines derartigen Kolbenrohlings.

Kolben für Verbrennungsmotoren können aus Stahllegierungen, wie beispielsweise dem Vergütungsstahl 42CrMo4 oder dem mikrolegierten Stahl 38MnVS6, gefertigt werden. Derartige Kolben können entweder einteilig ausgeführt sein oder aus einem Kolbenunterteil und einem Kolbenoberteil zusammengesetzt werden, welche mit Hilfe eines Fügeverfahrens miteinander verbunden werden können. Eine Kühlung eines derartigen Kolbens kann über einen Kühlölstrahl erfolgen, welcher mit Hilfe einer Einspritzdüse in einen umlaufenden ringförmigen Kühlkanal des Kolbens eingespritzt wird. Hierfür ist ein bestimmter minimaler Volumenstrom des Kühlöls notwendig, um über eine entsprechende Wärmeabfuhr hochbelastete Bereiche des Kolbens unterhalb einer für eine Verzunderung des Kolbens kritischen Temperatur zu halten.

Die vorgenannten Werkstoffe weisen durch ihre chemische Zusammensetzung eine vorgegebene und bei den beiden Werkstoffen ähnliche Wärmeleitfähigkeit auf. Dadurch ergibt sich je nach der Auslegung der Kühlung des Kolbens eine gewisse Brennraumoberflächentemperatur. Diese Brennraumoberflächentemperatur kann nicht weiter erhöht werden, da die vorgenannten Werkstoffe eine begrenzte Verzunderungsbeständigkeit aufweisen. Bei einer weiteren Erhöhung der Brennraumoberflächentemperatur kann es zu einem verzunderungsbedingten Anriss und somit zu einem Ausfall des Kolbens kommen.

Durch eine höhere Brennraumoberflächentemperatur, das heißt durch eine heißere Verbrennung, die durch eine Verminderung eines Wärmeverlusts hin zu einem Kolbenboden des Kolbens verursacht wird, kann jedoch grundsätzlich eine Erhöhung eines thermodynamischen Wirkungsgrads einer motorischen Verbrennung ermöglicht werden. Dadurch können Vorteile hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs und CO2-Emissionsvorteile realisiert werden. Bislang wird erhöhten Anforderungen bezüglich des Verbrauchs und der CO2 -Reduzierung oftmals mit der Entwicklung reibungsoptimierter Kolbensysteme begegnet. Hierbei werden beispielsweise optimierte Kolbenschaftprofile und Einbauspiele, sowie kostenintensive Ringpakete mit speziellen Beschichtungen oder aufwendige Oberflächenoptimierungen für Zylinderlaufbuchsen eingesetzt.

Die WO 2014/198896 Al beschreibt einen Kolben, insbesondere einen Stahlkolben, für eine Brennkraftmaschine mit einem Kolbenboden, der Teil eines Brennraums ist, wobei mindestens der Kolbenboden eine Oxidationsschutzschicht aufweist.

Vor diesem Hintergrund besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen verbesserten Kolbenrohling für einen Kolben zur Verfügung zu stellen.

Demgemäß wird ein Kolbenrohling für einen Kolben vorgeschlagen. Der Kolbenrohling ist zumindest abschnittsweise aus einer Stahllegierung gefertigt, die einen Chromanteil von 0,5 bis 2 Gewichtsprozent und einen Silizium anteil von 2,5 bis 3,5 Gewichtsprozent aufweist.

Dadurch, dass die Stahllegierung den zuvor erwähnten Chromanteil und den Siliziumanteil aufweist, ist die Stahllegierung besonders verzunderungsbeständig. Hierdurch kann eine Brennraumoberflächentemperatur eines aus dem Kolbenrohling gefertigten Kolbens erhöht werden, ohne dass der Kolben verzundert. Dies führt zu einer Steigerung des thermodynamischen Wirkungsgrads bei der motorischen Verbrennung. Hierdurch können strengere Anforderungen im Hinblick auf den Kraftstoffverbrauch und Emissionen, insbesondere CO2- Emissionen, eingehalten werden. Unter der "Brennraumoberflächentemperatur" kann vorliegend insbesondere eine Temperatur einer Oberfläche eines Kolbenbodens des Kolbens verstanden werden. Ferner kann unter der "Brennraumoberflächentemperatur" ganz allgemein eine Temperatur einer Oberfläche eines dem Kolben zugeordneten Brennraums verstanden werden. Die Oberfläche des Kolbenbodens kann Teil des Brennraums sein.

Der Kolbenrohling unterscheidet sich dadurch von dem Kolben, dass der Kolben im Vergleich zu dem Kolbenrohling beispielsweise mit Hilfe eines abtragenden und/oder umformenden Fertigungsverfahrens bearbeitet ist. Der Kolbenrohling kann sich auch dadurch von dem Kolben unterscheiden, dass ein Kolbenunterteil des Kolbenrohlings und ein Kolbenoberteil des Kolbenrohlings noch nicht fest miteinander verbunden sind. Dem Kolbenrohling beziehungsweise dem Kolben kann insbesondere eine Symmetrie- oder Mittelachse zugeordnet sein, zu der der Kolbenrohling beziehungsweise der Kolben im Wesentlichen rotationssymmetrisch aufgebaut sein kann. Diese vorgenannte Mittelachse kann insbesondere von einer Mittelachse eines Zylinders gebildet werden, der Flächen eines Kolbenschafts des Kolbens umhüllt und dabei einen minimalen Durchmesser aufweist, wobei die Mittelachse des Zylinders senkrecht zu einer Bolzenbohrung des Kolbens angeordnet ist.

Dem Kolbenrohling beziehungsweise dem Kolben ist ferner ein Koordinatensystem mit einer Breitenrichtung oder x-Richtung, einer Hochrichtung oder y Richtung und einer Tiefenrichtung oder z-Richtung zugeordnet. Die y-Richtung kann auch als Axialrichtung bezeichnet werden. Die Begriffe "y-Richtung" und "Axialrichtung" sind daher beliebig gegeneinander tauschbar. Die Richtungen sind senkrecht zueinander orientiert. Die Mittelachse stimmt mit der y-Richtung überein oder ist parallel zu der y-Richtung orientiert. Dem Kolbenrohling beziehungsweise dem Kolben ist ferner eine Radialrichtung zugeordnet. Die Radialrichtung ist senkrecht zu der Mittelachse orientiert und weist von dieser weg. Die Stahllegierung ist vorzugsweise eine sogenannte niedriglegierte Stahllegie- rung. Die Stahllegierung kann beispielsweise als Halbzeug mit Hilfe eines Schmiedeverfahrens zu dem Kolbenrohling umgeformt werden. Der Kolbenrohling beziehungsweise das zuvor erwähnte Kolbenunterteil und das zuvor erwähnte Kolbenoberteil können demnach Schmiedebauteile sein. Dies schließt jedoch nicht aus, dass der Kolbenrohling mit Hilfe eines abtragenden Fertigungsverfahrens, wie beispielsweise Fräsen, Drehen und/oder Erodieren, bearbeitet sein kann. Ferner können der Kolbenrohling beziehungsweise das Kolbenunterteil und das Kolbenoberteil jedoch auch Gussbauteile oder durch ein Schmiedeverfahren nachbearbeitete Gussbauteile sein.

Dass der Kolbenrohling "zumindest abschnittsweise" aus der Stahllegierung gefertigt ist, bedeutet vorliegend insbesondere, dass zumindest ein Teil des Kolbenrohlings aus der Stahllegierung gefertigt sein kann. Dies schließt jedoch nicht aus, dass der gesamte Kolbenrohling aus der Stahllegierung gefertigt sein kann. Insbesondere ist die Stahllegierung zumindest im Bereich einer Brennraummulde des Kolbenrohlings beziehungsweise des Kolbens vorgesehen. Für den Fall, dass der Kolbenrohling ein wie zuvor erwähntes Kolbenunterteil und ein Kolbenoberteil aufweist, kann beispielsweise lediglich das Kolbenoberteil aus der Stahllegierung gefertigt sein.

Im Vergleich zu den eingehend erwähnten Stahllegierungen 42CrMo4 oder 38MnVS6 weist die Stahllegierung, aus welcher der Kolbenrohling gefertigt ist, eine geringere Wärmeleitfähigkeit auf. Dies führt dazu, dass im Betrieb des Kolbens weniger Wärme aus einem Brennraum eines den Kolben aufweisenden Verbrennungsmotors abgeführt wird. Dies erhöht die Brennraumoberflächentemperatur, was zu einer Steigerung des thermodynamischen Wirkungsgrads der motorischen Verbrennung führt. Zusätzlich verhindern die Legierungsbestandteile Chrom und Silizium eine Verzunderung bei der erhöhten Brennraumoberflächentemperatur. Unter "Verzunderung" oder "Oxidationsverschleiß" kann vorliegend die durch direkte chemische Reaktion mit sauerstoffhaltigen, heißen Gasen verursachte Hochtemperaturkorrosion von Metallen verstanden werden. Die Verzunderung kann aufgrund einer Verringerung der Festigkeit von nicht oder gering verzunderungsbeständigen Stahllegierungen zu einem verzunderungsbedingten Anriss und somit zu einem Ausfall des Kolbens führen. Dies wird mit Hilfe der zuvor erwähnten Legierungsbestandteile der Stahllegierung zuverlässig verhindert, indem die Verzunderungsbeständigkeit signifikant erhöht wird. Neben den Elementen Eisen, Chrom und Silizium kann die Stahllegierung die Elemente Kohlenstoff, Mangan, Phosphor, Schwefel, Molybdän, Titan, Blei, Antimon, Aluminium, Stickstoff, Kupfer, Zinn, Nickel und Bor aufweisen. In geringen Mengen können auch Sauerstoff und Wasserstoff in der Stahllegierung enthalten sein.

Gemäß einer Ausführungsform beträgt der Chromanteil 0,9 bis 1,2 Gewichtsprozent und/oder der Silizium anteil 2,85 bis 3 Gewichtsprozent.

Mit diesem zuvor erwähnten Chromanteil und diesem Siliziumanteil kann eine besonders hohe Verzunderungsbeständigkeit erreicht werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Stahllegierung einen Kohlenstoffanteil von 0,35 bis 0,5, insbesondere von 0,4 bis 0,44, Gewichtsprozent auf.

Durch diesen geringen Kohlenstoffanteil ist die Stahllegierung gut umformbar, wodurch der Kolbenrohling durch ein Schmiedeverfahren hergestellt und/oder bearbeitet werden kann.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Stahllegierung einen Mangananteil von 0,5 bis 0,9, insbesondere von 0,6 bis 0,8, Gewichtsprozent auf. Beispielsweise ist eine Eigenschaft des Mangananteils in der Stahllegierung, dass die Härtbarkeit der Stahllegierung erhöht wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Stahllegierung einen Titananteil von 0,005 bis 0,015 Gewichtsprozent auf.

Der Titananteil verleiht der Stahllegierung eine hohe Zähigkeit, Festigkeit und Duktilität.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Stahllegierung einen Molybdänanteil von 0,1 bis 0,3, insbesondere von 0,15 bis 0,2, Gewichtsprozent auf.

Der Molybdänanteil führt zu einer Erhöhung der Anlassbeständigkeit und der Warmfestigkeit der Stahllegierung.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Stahllegierung einen Siliziumanteil von 2,5 bis 3,5, insbesondere von 2,85 bis 3, Gewichtsprozent auf.

Der Silizium anteil führt infolge von Mischkristallverfestigung zu einer Erhöhung der Zugfestigkeit sowie der Streckgrenze und erhöht als Diffusionsbarriere für Sauerstoff die Verzunderungsbeständigkeit der Stahllegierung.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Stahllegierung eine erhöhte Verzunderungsbeständigkeit bei 550 bis 650 °C, insbesondere bei 580 bis 600 °C, auf.

Unter der "Zunderbeständigkeit" oder "Verzunderungsbeständigkeit" ist vorhegend die Beständigkeit gegen eine Verzunderung zu verstehen. Die Begriffe "Zunderbeständigkeit" und "Verzunderungsbeständigkeit" können vorliegend beliebig gegeneinander getauscht werden. Die Verzunderungsbeständigkeit kann durch ein Messen eines Gewichts des Kolbenrohlings beziehungsweise des Kolbens oder zusätzlich durch ein Messen einer Zunderschichtdicke, ein Auslagern oder Glühen des Kolbenrohlings beziehungsweise des Kolbens bei einer bestimmten Temperatur, ein anschließendes Messen des Gewichts des Kolbenrohlings beziehungsweise des Kolbens und ein abschließendes Bestimmen eines Oxidationsgrades anhand einer Gewichtsveränderung des Kolbenrohlings beziehungsweise des Kolbens bestimmt werden. Die erhöhte Verzunderungsbeständigkeit ermöglicht den Einsatz des Kolbens bei höheren Temperaturen, wodurch die Brennraumoberflächentemperatur mit den zuvor genannten Vorteilen erhöht werden kann.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Kolbenrohling ein Kolbenunterteil und ein Kolbenoberteil auf, wobei das Kolbenoberteil aus der Stahllegierung gefertigt ist, wobei das Kolbenunterteil aus der Stahllegierung oder aus einem sich von der Stahllegierung unterscheidenden weiteren Werkstoff gefertigt ist, und wobei der weitere Werkstoff insbesondere eine höhere Wärmeleitfähigkeit als die Stahllegierung aufweist.

Das heißt, dass bevorzugt zumindest das Kolbenoberteil aus der Stahllegierung gebildet ist. Die "Wärmeleitfähigkeit" oder der "Wärmeleitkoeffizient" ist eine Stoffeigenschaft, die einen Wärmestrom durch ein Material aufgrund von Wär- meleitung bestimmt. Je niedriger die Wärmeleitfähigkeit ist, desto besser ist die Wärmedämmung. Der weitere Werkstoff kann beispielsweise der zuvor erwähnte Vergütungsstahl 42CrMo4 oder der mikrolegierte Strahl 38MnVS6 sein. Das Kolbenunterteil und das Kolbenoberteil werden durch ein Fügeverfahren miteinander verbunden. Beispielsweise werden das Kolbenunterteil und das Kolbenoberteil zum Bilden eines Zwischenbauteils des Kolbens, aus dem der fertige Kolben hergestellt wird, stoffschlüssig miteinander verbunden. Bei stoffschlüssigen Verbindungen werden die Verbindungspartner durch atomare oder moleku- lare Kräfte zusammengehalten. Stoffschlüssige Verbindungen sind nicht lösbare Verbindungen, die sich nur durch Zerstörung der Verbindungsmittel und/oder der Verbindungspartner wieder voneinander trennen lassen. Beispielsweise sind das Kolbenunterteil und das Kolbenoberteil miteinander verschweißt, insbesondere miteinander reibverschweißt. Das Zwischenbauteil kann mit Hilfe eines abtragenden Fertigungsverfahrens, insbesondere mit Hilfe eines spanenden Verfahrens, weiterbearbeitet werden, um aus dem Zwischenbauteil den Kolben zu bilden. Alternativ oder zusätzlich können das Kolbenoberteil und das Kolbenunterteil formschlüssig miteinander verbunden sein. Eine formschlüssige Verbindung entsteht durch ein Ineinander- oder Hintergreifen von zwei Verbindungspartnern. Beispielsweise können das Kolbenunterteil und das Kolbenoberteil miteinander verschraubt sein.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Kolbenrohling ein einstückiges Bauteil, das durchgehend aus der Stahllegierung gefertigt ist.

In diesem Fall weist der Kolbenrohling kein voneinander getrenntes Kolbenunterteil und Kolbenoberteil auf. "Einstückig" oder "einteilig" bedeutet vorliegend, dass der Kolbenrohling nicht aus unterschiedlichen Unterbauteilen zusammengesetzt ist, sondern ein einziges Bauteil bildet. Der Kolbenrohling kann insbesondere materialeinstückig ausgebildet sein. "Materialeinstückig" heißt dabei, dass der Kolbenrohling durchgehend aus demselben Material, nämlich der Stahllegierung, gefertigt ist.

Ferner wird ein Kolben mit einem derartigen Kolbenrohling vorgeschlagen.

Wie zuvor erwähnt, unterscheidet sich der Kolben von dem Kolbenrohling zum einen dadurch, dass bei dem Kolben das Kolbenunterteil und das Kolbenoberteil fest miteinander verbunden sind. Der Kolben kann sich ferner dadurch von dem Kolbenrohling unterscheiden, dass der Kolbenrohling zum Bilden des Kolbens bearbeitet wird. Die Bearbeitung kann beispielsweise mit Hilfe eines Schmiedeverfahrens und/oder eines abtragenden Verfahrens, wie beispielsweise Drehen, Fräsen, Erodieren oder dergleichen, durchgeführt werden. Der Kolben ist Teil des zuvor erwähnten Verbrennungsmotors. Der Verbrennungsmotor kann mehrere Kolben umfassen.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Kolben eine Brennraummulde und einen zumindest abschnittsweise um die Brennraummulde umlaufenden Kühlkanal, wobei eine durchschnittliche erste Wanddicke einer zwischen der Brennraummulde und dem Kühlkanal vorgesehenen ersten Wand größer als 5 Prozent, bevorzugt größer als 6 Prozent, bevorzugt größer als 7 Prozent, eines Kolbendurchmessers des Kolbens ist.

Die Brennraummulde kann bereits an dem Kolbenrohling, insbesondere an dem Kolbenoberteil, angeformt sein. Die Brennraummulde kann mit Hilfe eines ab- tragenden Verfahrens oder eines Schmiedeverfahrens angeformt und/oder nachbearbeitet werden. Der Kühlkanal läuft ringförmig um die Mittelachse des Kolbens um. Durch den Kühlkanal kann ein Kühlöl, insbesondere Motoröl, zum Ab- führen von Wärme von dem Kolben hindurchgeleitet werden. Das Kühlöl kann beispielsweise mit Hilfe einer Einspritzdüse durch an dem Kolben vorgesehene Bohrungen in den Kühlkanal eingespritzt werden. Dadurch, dass die erste Wanddicke größer als 5 Prozent des Kolbendurchmessers ist, kann im Bereich der Brennraummulde die Ableitung von Wärme durch das Kühlöl weiter reduziert werden. Dies führt zu einer zusätzlichen Steigerung der Brennraumoberflächentemperatur und damit des thermodynamischen Wirkungsgrads. Gemäß betriebsinternen Erkenntnissen wird eine jeweilige Wanddicke zwischen dem Kühlkanal und der Brennraummulde sowie zwischen einer Innenform des Kolbens und der Brennraummulde üblicherweise mit 3,5 Prozent des Kolbendurchmessers ausgelegt. Durch die Erhöhung der Wanddicke auf über 5 Prozent des Kolbendurchmessers kann die Abfuhr von Wärme reduziert werden. Ferner kann auch durch eine Anpassung einer Geometrie, insbesondere einer Querschnittsgeometrie, des Kühlkanals ebenso eine Steigerung der Brennraumoberflächentemperatur und des thermodynamischen Wirkungsgrads erreicht werden. Hierbei kann der Kühlkanal im Vergleich zu betriebsintern bekannten Kühlkanälen mit einer kleineren Querschnittsgeometrie ausgestattet werden, wodurch ebenfalls die Abfuhr von Wärme von der Brennraummulde reduziert wird. Außerdem ist diese Maßnahme vorteilhaft bezüglich der Abmessungen und der Bauhöhe des Kolbens. Der Kühlkanal kann alternativ als offener Kühlkanal gestaltet sein, der über eine frei zugängliche innere Oberfläche mit Hilfe der Einspritzdüse mit Kühlöl angespritzt wird. Alternativ kann der Kolben auch gänzlich ohne Kühlkanal ausgeführt sein. Als weitere Maßnahme kann die zur Kühlung des Kolbens verwendete Menge an Kühlöl reduziert werden. Auch hierdurch erhöht sich die Brennraumoberflächentemperatur und damit der thermodynamische Wirkungsgrad. Außerdem ergibt sich ein zusätzlicher Effizienzvorteil, da die Verlustleistung einer erforderlichen Ölpumpe reduziert wird, was zu einem indirekten Beitrag an Kraftstoffeinsparung führt. Unter dem "Kolbendurchmesser" ist vorliegend ein Durchmesser eines kleinsten Zylinders zu verstehen, der ein sogenanntes Kolbenhemd des Kolbens einschließt. Die erste Wanddicke der ersten Wand ist insbesondere definiert als ein kleinster Abstand zwischen der Brennraummulde, insbesondere einer Verrundung der Brennraummulde, und dem Kühlkanal, insbesondere einer Wandung des Kühlkanals.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform beträgt die durchschnittliche erste Wanddicke mindestens 5 Millimeter.

Unter der "durchschnittlichen" ersten Wanddicke ist vorliegend insbesondere zu verstehen, dass die erste Wanddicke entlang ihrer Erstreckungsrichtung oder Haupterstreckungsrichtung betrachtet im Durchschnitt zumindest 5 Millimeter beträgt beziehungsweise größer als 5 Prozent des Kolbendurchmessers ist. Unter der "Erstreckungsrichtung" oder "Haupterstreckungsrichtung" kann eine Rich- tung zu verstehen sein, entlang der die erste Wand ihre größte geometrische Ausdehnung aufweist. Insbesondere kann unter der "Erstreckungsrichtung" oder "Haupterstreckungsrichtung" ein Verlauf der ersten Wand entlang einer Oberfläche der Brennraummulde zu verstehen sein. Diese Oberfläche kann als Brennraummuldenoberfläche bezeichnet werden. Das heißt, die erste Wanddicke kann bereichsweise oder lokal die zuvor erwähnten 5 Prozent des Kolbendurchmessers beziehungsweise die 5 mm unterschreiten. Über die gesamte Erstreckungsrichtung oder Haupterstreckungsrichtung der ersten Wand betrachtet, das heißt global, beträgt die erste Wanddicke jedoch durchschnittlich zumindest 5 Millimeter beziehungsweise ist die erste Wanddicke größer als 5 Prozent des Kolbendurchmessers. Die Begriffe "Erstreckungsrichtung" und "Haupterstreckungsrichtung" sind vorliegend beliebig gegeneinander tauschbar.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine durchschnittliche zweite Wanddicke einer zwischen der Brennraummulde und einer Innenform des Kolbens vorgesehenen zweiten Wand größer als 5 Prozent, bevorzugt größer als 6 Prozent, besonders bevorzugt größer als 7 Prozent, des Kolbendurchmessers.

Die Brennraummulde weist vorzugsweise dem Brennraum zugewandt einen Brennraummuldenboden und dem Brennraum abgewandt die Innenform auf. Der Brennraummuldenboden und die Innenform können jeweils kegelförmig oder konusförmig ausgestaltet sein. Dem Brennraum zugewandt bildet die zweite Wand den Brennraummuldenboden. Dem Brennraum abgewandt bildet die zweite Wand die Innenform. Die erste Wand und die zweite Wand gehen ineinander über. Die zweite Wanddicke der zweiten Wand ist insbesondere definiert als ein kleinster Abstand zwischen der Brennraummulde, insbesondere dem Brennraummuldenboden der Brennraummulde, und der Innenform. Die erste Wand geht insbesondere an der zuvor erwähnten Verrundung der Brennraummulde insbesondere in die zweite Wand oder umgekehrt über. Das heißt insbesondere, dass die erste Wand mit der zweiten Wand verbunden ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform beträgt die durchschnittliche zweite

Wanddicke mindestens 5 Millimeter.

Auch hier gilt, dass die zweite Wand die zweite Wanddicke von mindestens 5 Millimeter beziehungsweise von 5 Prozent des Kolbendurchmessers bereichsweise oder lokal unterschreiten kann. Im Durchschnitt jedoch ist die zweite Wanddicke stets größer als 5 Millimeter beziehungsweise beträgt zumindest 5 Prozent des Kolbendurchmessers. Auch hier gilt insbesondere, dass die zweite Wanddicke entlang einer Erstreckungsrichtung oder Haupterstreckungsrichtung der zweiten Wand betrachtet durchschnittlich mindestens 5 Millimeter beträgt oder zumindest 5 Prozent des Kolbendurchmessers beträgt. Die Verwendung der Stahllegierung mit niedriger Wärmeleitfähigkeit führt zu einer Reduzierung der Wärmeabfuhr von der Brennraummulde zu dem Kühlkanal und damit zu einer Erhöhung der Temperatur einer Oberfläche der Brennraummulde und des Brennraums. Die konstruktiven Maßnahmen, wie die Vergrößerung der Wanddicken der Wände, die Anpassung der Geometrie des Kühlkanals und/oder die Reduzierung der Menge an Kühlöl haben eine analoge Wirkung, die über eine Reduzierung der Abfuhr von Wärme zu einer höheren Brennraumoberflächentemperatur führt. Infolgedessen kann der thermodynamische Wirkungsgrad der Verbrennung erhöht und somit der Kraftstoffverbrauch reduziert werden. Ferner können CO2- Emissionen reduziert werden. Voraussetzung hierfür ist eine ausreichende Verzunderungsbeständigkeit. Neben der niedrigen Wärmeleitfähigkeit führen die Legierungsbestandteile der Stahllegierung zu einer erhöhten Verzunderungsbeständigkeit. Das heißt, eine Grenztemperatur, ab der eine technisch relevante Verzunderung auftritt, kann zu einer höheren Temperatur hin verschoben werden. Infolge der hohen Verzunderungsbeständigkeit der Stahllegierung können außerdem zusätzliche verbrennungsseitige Maßnahmen zur Erhöhung der Brennraumoberflächentemperatur und der Steigerung des thermodynamischen Wirkungsgrads ergriffen werden. Durch den Einsatz der hochverzunderungsbe- ständigen und gleichzeitig niedrigwärmeleitfähigen Stahllegierung zumindest für das Kolbenoberteil und/oder im Bereich der Brennraummulde kann der thermodynamische Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors signifikant erhöht werden. Hierdurch können Verbrauchsvorteile und die Reduktion von CO2- Emissionen realisiert werden. Es können somit die permanent steigenden Anforderungen der Gesetzgebung und des Marktes erfüllt werden. Immer strengere Grenzwerte im Hinblick auf Abgas, Kraftstoffverbrauch und Emissionen, insbesondere CO2 -Emissionen, können eingehalten werden.

Weiterhin wird ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Kolbenrohlings vorgeschlagen, wobei der Kolbenrohling aus einer Stahllegierung gefertigt wird, die einen Chromanteil von 0,5 bis 2 Gewichtsprozent und einen Silizium anteil von 2,5 bis 3,5 Gewichtsprozent aufweist.

Der Kolbenrohling kann ein Gussbauteil sei. Der Kolbenrohling kann auch ein Schmiedebauteil sein. Ferner kann der Kolbenrohling auch ein Gussbauteil sein, welches mit Hilfe eines Schmiedeverfahrens nachbearbeitet wird. Bei dem Verfahren können das Kolbenunterteil und das Kolbenoberteil getrennt voneinander hergestellt werden. Das Kolbenunterteil und das Kolbenoberteil werden zum Bilden des zuvor erwähnten Zwischenbauteils beziehungsweise des Kolbens fest miteinander verbunden, insbesondere miteinander verschweißt. Zum Bilden des Kolbens aus dem Zwischenbauteil kann das Zwischenbauteil mit Hilfe eines abtragenden und/oder umformenden Fertigungsverfahrens bearbeitet werden.

Die für den vorgeschlagenen Kolbenrohling beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale gelten für den vorgeschlagenen Kolben und das vorgeschlagene Verfahren entsprechend und umgekehrt.

"Ein" ist vorliegend nicht zwingend als beschränkend auf genau ein Element zu verstehen. Vielmehr können auch mehrere Elemente, wie beispielsweise zwei, drei oder mehr, vorgesehen sein. Auch jedes andere hier verwendete Zählwort ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Beschränkung auf genau die genannte Anzahl an Elementen gegeben ist. Vielmehr sind zahlenmäßige Abweichungen nach oben und nach unten möglich, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.

Weitere mögliche Implementierungen des Kolbenrohlings, des Kolbens und/oder des Verfahrens umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform des Kolbenrohlings, des Kolbens und/oder des Verfahrens hinzufügen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte des Kolbenrohlings, des Kolbens und/oder des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele des Kolbenrohlings, des Kolbens und/oder des Verfahrens. Im Weiteren werden der Kolbenrohling, der Kolben und/oder das Verfahren anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines Fahrzeugs!

Fig. 2 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor;

Fig. 3 zeigt die Detailansicht III gemäß Fig. 2;

Fig. 4 zeigt eine schematische perspektivische Teilschnittansicht des Kolbens gemäß Fig. 2; Fig. 5 zeigt eine schematische geschnittene Explosionsansicht einer Ausführungsform eines Kolbenrohlings für den Kolben gemäß Fig. 2;

Fig. 6 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Zwischenbauteils für den Kolben gemäß Fig. 2; und

Fig. 7 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen des Kolbenrohlings gemäß Fig. 2.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.

Die Fig. 1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines Fahrzeugs 1. Das Fahrzeug 1 ist ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Personenkraftwagen. Das Fahrzeug 1 kann auch ein Nutzfahrzeug, beispielsweise ein Lastkraftwagen, eine Erntemaschine oder eine Baumaschine, sein. Ferner kann das Fahrzeug 1 auch ein militärisches Fahrzeug sein. Darüber hinaus kann das Fahrzeug auch ein Luftfahrzeug, ein Wasserfahrzeug oder ein Schienenfahrzeug sein. Nachfolgend wird jedoch davon ausgegangen, dass das Fahrzeug 1 ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Personenkraftwagen, ist.

Das Fahrzeug 1 umfasst eine Karosserie 2, welche einen Fahrgastraum oder Fahrzeuginnenraum 3 des Fahrzeugs 1 umschließt. In dem Fahrzeuginnenraum 3 können sich ein Fahrer und Fahrgäste aufhalten. Die Karosserie 2 grenzt eine Umgebung 4 des Fahrzeugs 1 von dem Fahrzeuginnenraum 3 ab. Der Fahrzeuginnenraum 3 ist mit Hilfe von Türen von der Umgebung 4 her zugänglich.

Das Fahrzeug 1 umfasst ein Fahrwerk mit mehreren Rädern 5, 6. Die Anzahl der

Räder 5, 6 ist grundsätzlich beliebig. Vorzugsweise weist das Fahrzeug 1 vier

Räder 5, 6 auf. Das Fahrzeug 1 kann jedoch beispielsweise sechs Räder 5, 6 auf- weisen. Die Räder 5, 6 sind Teil eines Fahrwerks des Fahrzeugs 1. Es können lediglich zwei Räder 5, 6 angetrieben sein. Es können jedoch auch alle Räder 5, 6 angetrieben sein. In diesem Fall ist das Fahrzeug 1 ein Allradfahrzeug.

Das Fahrzeug 1 umfasst eine Brennkraftmaschine oder einen Verbrennungsmotor 7. Der Verbrennungsmotor 7 kann ein Dieselmotor oder ein Ottomotor sein. Das Fahrzeug 1 kann rein von dem Verbrennungsmotor 7 angetrieben sein. Das Fahrzeug 1 kann jedoch auch ein Hybridfahrzeug sein. In diesem Fall weist das Fahrzeug 1 neben dem Verbrennungsmotor 7 zumindest einen Elektromotor auf. Der Verbrennungsmotor 7 umfasst einen Motorblock sowie mehrere in Kolbenbohrungen des Motorblocks aufgenommene Kolben. Beispielsweise kann der Verbrennungsmotor 7 drei, vier, fünf, sechs oder mehr als sechs Kolben aufweisen.

Die Fig. 2 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform eines Kolbens 8 für den Verbrennungsmotor 7. Die Fig. 3 zeigt die Detailansicht III gemäß der Fig. 2. Die Fig. 4 zeigt eine schematische perspektivische Teilschnittansicht des Kolbens 8. Nachfolgend wird auf die Fig. 2 bis 4 gleichzeitig Bezug genommen.

Der Kolben 8 kann Teil eines wie zuvor erläuterten Fahrzeugs 1, insbesondere des Verbrennungsmotors 7, sein. Besonders bevorzugt ist der Kolben 8 jedoch Teil eines Nutzfahrzeugs. In diesem Fall ist das Fahrzeug 1 ein Nutzfahrzeug. Der Verbrennungsmotor 7 und damit der Kolben 8 kann in beliebigen Fahrzeugen 1, Schiffen, Maschinen oder dergleichen eingesetzt werden. Ferner ist der Verbrennungsmotor 7 beziehungsweise der Kolben 8 auch für stationäre Anwendungen, wie beispielsweise für Generatoren, Kraft, Wärme oder dergleichen, einsetzbar. Der Kolben 8 kann eine Symmetrie- oder Mittelachse 9 umfassen, zu der der Kolben 8 im Wesentlichen rotationssymmetrisch aufgebaut sein kann. Dem Kolben 8 ist ein Koordinatensystem mit einer Breitenrichtung oder x-Richtung x, einer Hochrichtung oder y-Richtung y und einer Tiefenrichtung oder z-Richtung z zugeordnet. Die y-Richtung y kann auch als Axialrichtung bezeichnet werden. Die Begriffe "y-Richtung" und "Axialrichtung" sind daher beliebig gegeneinander tauschbar. Die Richtungen x, y, z sind senkrecht zueinander orientiert. Die Mittelachse 9 stimmt insbesondere mit der y-Richtung y überein oder ist parallel zu dieser orientiert. Dem Kolben 8 ist ferner eine Radialrichtung R zugeordnet. Die Radialrichtung R ist senkrecht zu der Mittelachse 9 orientiert und weist von dieser weg.

Der Kolben 8 weist einen Kolbenfuß oder Kolbenschaft 10 und einen Kolbenkopf 11 auf. Entlang der Mittelachse 9 betrachtet ist der Kolbenschaft 10 unterhalb des Kolbenkopfs 11 angeordnet. Der Kolbenschaft 10 weist eine Kolbennabe mit einer Bolzenbohrung 12 auf, in der ein nicht gezeigter Bolzen zum Koppeln des Kolbens 8 an ein nicht gezeigtes Pleuel des Verbrennungsmotors 7 aufnehmbar ist. Eine Symmetrie- oder Mittelachse 13 der Bolzenbohrung 12 schneidet die Mittelachse 9 oder ist versetzt zu dieser angeordnet. Ferner ist die Mittelachse 13 senkrecht zu der Mittelachse 9 orientiert. Die Mittelachse 13 stimmt mit der z-Richtung z überein oder ist parallel zu dieser orientiert.

In der Orientierung der Fig. 2 beidseits der Kolbennabe ist jeweils ein Schaftabschnitt 14, 15 vorgesehen. Es sind ein erster Schaftabschnitt 14 und ein zweiter Schaftabschnitt 15 vorgesehen. Die Schaftabschnitte 14, 15 können abschnittsweise zylinderförmig ausgebildet sein. Mit anderen Worten können die Schaftabschnitte 14, 15 Teil eines Zylinders bilden, der rotationssymmetrisch zu der Mittelachse 9 aufgebaut ist. Die Schaftabschnitte 14, 15 bilden zusammen ein sogenanntes Kolbenhemd des Kolbens 8. Die Schaftabschnitte 14, 15 können abschnittsweise rotationssymmetrisch zu der Mittelachse 9 aufgebaut sein. Dabei bilden die Sch aft ab schnitte 14, 15 insbesondere jedoch keinen vollständigen Zylinder. Einer der Schaftabschnitte 14, 15 bildet eine Druckseite des Kolbens 8, wobei der andere der Schaftabschnitte 14, 15 eine Gegendruckseite des Kolbens 8 bildet.

Die Schaftabschnitte 14, 15 sind mit Hilfe von Wandabschnitten 16, 17 miteinander verbunden. Es sind ein erster Wandabschnitt 16 und ein zweiter Wandabschnitt 17 vorgesehen. Die Radialrichtung R weist von der Mittelachse 9 weg in Richtung der Schaftabschnitte 14, 15 nach außen. Die Bolzenbohrung 12 durchbricht die Wandabschnitte 16, 17. Die Schaft ab schnitte 14, 15 und die Wandabschnitte 16, 17 umschließen einen Innenraum 18 des Kolbenschafts 10. Der Innenraum 18 ist in der Orientierung der Fig. 2 bis 4 nach unten hin offen. Der zuvor erwähnte Bolzen zum Koppeln des Kolbens 8 an das Pleuel läuft entlang der Mittelachse 13 durch den Innenraum 18 hindurch.

Der Kolben 8 weist einen Kühlkanal 19 auf, der vollständig um die Mittelachse 9 umläuft und vorzugsweise rotationssymmetrisch zu dieser aufgebaut ist. Der Kühlkanal 19 ist insbesondere torusförmig. Der Kühlkanal 19 weist eine Wandung 20 auf, welche eine Geometrie oder eine Querschnittsgeometrie des Kühlkanals 19 definiert. Durch den Kühlkanal 19 kann ein Kühlöl, insbesondere Motoröl, geleitet werden, um im Betrieb des Kolbens 8 in diesen eingebrachte Wärme Q abzuführen. Hierzu kann das Kühlöl mit Hilfe einer in der Orientierung der Fig. 2 bis 4 unterhalb des Kolbens 8 angeordneten Einspritzdüse in den Kühlkanal 19 eingespritzt werden.

Mit Hilfe mehrerer Bohrungen 21, 22 ist der Kühlkanal 19 mit dem Innenraum 18 in Fluidverbindung. Die Anzahl der Bohrungen 21, 22 ist grundsätzlich beliebig. Vorzugsweise sind mehrere Bohrungen 21, 22 vorgesehen, die gleichmäßig um die Mittelachse 9 herum verteilt angeordnet sein können. Die Bohrungen 21, 22 können auch ungleichmäßig um die Mittelachse 9 herum verteilt angeordnet sein. Beispielsweise kann im Betrieb des Kolbens 8 in der Orientierung der Fig. 2 bis 4 mit Hilfe der zuvor erwähnten Einspritzdüse von unten Kühlöl in den Innenraum 18 eingespritzt werden. Zumindest ein Teil des Kühlöls gelangt durch die Bohrungen 21, 22 in den Kühlkanal 19 und wieder aus diesem heraus. Mit dem Kühlöl wird dann Wärme Q von dem Kolben 8 abgeführt.

Der Kolbenkopf 11 weist einen Kolbenboden 23 auf, welcher einem Zylinderkopf des Verbrennungsmotors 7 zugewandt ist. In den Kolbenboden 23 wird auch ein Großteil der Wärme Q eingebracht. Der Kolbenboden 23 ist insbesondere einem Brennraum 24 des Verbrennungsmotors 7 zugewandt. Der Kolbenboden 23 umfasst einen ringförmigen Kolbenbodenabschnitt 25, der eine senkrecht zu der Mittelachse 9 orientierte Ebene aufspannt. Ferner weist der Kolbenboden 23 eine Brennraummulde 26 auf, welche bezüglich des Kolbenbodenabschnitts 25 zurückgesetzt ist. Entlang der Mittelachse 9 beziehungsweise entlang der y Richtung y betrachtet, ist die Brennraummulde 26 somit bezüglich des Kolbenbodenabschnitts 25 versetzt oder vertieft angeordnet.

Die Brennraummulde 26 kann eine beliebige Geometrie aufweisen. Im vorliegenden Fall weist die Brennraummulde 26 einen um die Mittelachse 9 umlaufenden Absatz 27 auf, der entlang der y-Richtung y betrachtet gegenüber dem Kolbenbodenabschnitt 25 zurückgesetzt ist. Ein Brennraummuldenrand 28 der Brennraummulde 26 ragt entgegen der Radialrichtung R betrachtet radial in die Brennraummulde 26 hinein. An den Brennraummuldenrand 28 schließt sich eine um die Mittelachse 9 umlaufende Verrundung 29 an. Die Verrundung 29 geht in einen, insbesondere kegelförmigen oder konusförmigen, Brennraummuldenboden 30 über, der sich entlang der y-Richtung y betrachtet nach oben erstreckt. Der Brennraummuldenboden 30 endet entlang der y-Richtung y betrachtet jedoch unterhalb des Absatzes 27. Zwischen der Brennraummulde 26 und dem Kühlkanal 19 ist eine erste Wand 31 (Fig. 3) vorgesehen. Die erste Wand 31 trennt den Kühlkanal 19 fluidisch von der Brennraummulde 26 ab. Die erste Wand 31 läuft vollständig um die Mittelachse 9 um. Die erste Wand 31 weist eine erste Wanddicke w31 auf. Die erste Wanddicke w31 beträgt mindestens 5 mm. Insbesondere beträgt ein Durchschnitt der ersten Wanddicke w31 über die gesamte erste Wand 31 mindestens 5 mm. Das heißt, dass die erste Wand 31 bereichsweise oder lokal auch eine kleinere erste Wanddicke w31 als 5 mm aufweisen kann. Entlang einer Haupterstreckungsrichtung der ersten Wand 31, vorliegend der y-Richtung y, betrachtet beträgt die erste Wanddicke w31 durchschnittlich jedoch immer zumindest 5 mm. Unter der "Haupterstreckungsrichtung" ist vorliegend eine Richtung, vorliegend die y Richtung y, zu verstehen, entlang welcher die erste Wand 31 ihre größte geometrische Ausdehnung aufweist.

Ein zweite Wand 32 (Fig. 3) trennt die Brennraummulde 26 von dem Innenraum 18 ab. Die zweite Wand 32 bildet vorderseitig den Brennraummuldenboden 30 aus. Rückseitig, das heißt dem Innenraum 18 zugewandt, bildet die zweite Wand 32 eine sogenannte Innenform 33 des Kolbens 8 aus. Die Innenform 33 kann kegelförmig oder konusförmig sein. Die zweite Wand 32 weist eine zweite Wanddicke w32 auf. Auch die zweite Wanddicke w32 beträgt mindestens 5 mm. Insbesondere beträgt ein Durchschnitt der zweiten Wanddicke w32 über die gesamte zweite Wand 32 mindestens 5 mm. Das heißt, dass die zweite Wand 32 bereichsweise oder lokal auch eine kleinere zweite Wanddicke w32 als 5 mm aufweisen kann. Entlang einer Haupterstreckungsrichtung der zweiten Wand 32, vorhegend der x-Richtung x, betrachtet beträgt die zweite Wanddicke w32 durchschnittlich jedoch immer zumindest 5 mm.

Der Kolben 8 weist einen Kolbendurchmesser d8 auf. Der Kolbendurchmesser d8 ist definiert als ein Durchmesser eines kleinstmöglichen Zylinders, der das Kolbenhemd, also die Schaftabschnitte 14, 15, einschließt. Dieser Zylinder ist senk- recht zu der Mittelachse 13 orientiert. Die erste Wanddicke w31 ist zumindest im Durchschnitt größer als 5 % des Kolbendurchmessers d8. Bevorzugt ist die erste Wanddicke w31 zumindest im Durchschnitt größer als 6 % des Kolbendurchmessers d8. Besonders bevorzugt ist die erste Wanddicke w31 zumindest im Durchschnitt größer als 7 % des Kolbendurchmessers d8. Mindestens beträgt die erste Wanddicke w31 durchschnittlich jedoch 5 mm. Die zweite Wanddicke w32 ist ebenfalls zumindest im Durchschnitt größer als 5 % des Kolbendurchmessers d8. Bevorzugt ist die zweite Wanddicke w32 zumindest im Durchschnitt größer als 6 % des Kolbendurchmessers d8. Besonders bevorzugt ist die zweite Wanddicke w32 zumindest im Durchschnitt größer als 7 % des Kolbendurchmessers d8. Mindestens beträgt die zweite Wanddicke w32 jedoch durchschnittlich 5 mm.

Durch die Mittelachse 9 kann eine beliebige Anzahl von Schnittebenen E (Fig. 3) gelegt werden. Die Mittelachse 9 liegt in jeder dieser Schnittebenen E. Für jede Schnittebene E gilt insbesondere, dass die erste Wanddicke w31 und/oder die zweite Wanddicke w32 durchschnittlich zumindest 5 %, bevorzugt 6 %, weiter bevorzugt 7 %, des Kolbendurchmessers d8 beträgt oder/und zumindest 5 mm beträgt. Beispielsweise können die durchschnittlichen Wanddicken w31, w32 jeweils gesondert voneinander berechnet werden. Die jeweilige durchschnittliche Wanddicke w31, w32 kann entlang einer in der jeweiligen Schnittebene E gelegenen Schnittkontur der ersten Wand 31 und/oder der zweiten Wand 32 mit einer konstanten Schrittweite oder einem konstanten Inkrement von nicht mehr als 1 mm berechnet werden. Insbesondere erfolgt die Berechnung der Wanddicken w31, w32 entlang einer von der vorgenannten Schnittkontur gebildeten Linie, welche von einem Schnitt der Schnittebene E mit Oberflächen der Brennraummulde 26 und des Kolbenbodenabschnitts 25 gebildet wird.

Die erste Wanddicke w31 der ersten Wand 31 ist insbesondere definiert als ein kleinster Abstand zwischen der Brennraummulde 26, insbesondere der Verrun- dung 29, und dem Kühlkanal 19, insbesondere der Wandung 20 des Kühlkanals 19. Die zweite Wanddicke w32 der zweiten Wand 32 ist insbesondere definiert als ein kleinster Abstand zwischen der Brennraummulde 26, insbesondere dem Brennraummuldenboden 30, und der Innenform 33. Die erste Wand 31 geht an der Verrundung 29 in die zweite Wand 32 oder umgekehrt über. Das heißt insbesondere, dass die erste Wand 31 mit der zweiten Wand 32 verbunden ist.

An dem Kolbenkopf 11 ist eine Ringpartie oder ein Ringfeld 34 vorgesehen. Das Ringfeld 34 bildet insbesondere eine im Wesentlichen zylinderförmige Außenfläche des Kolbenkopfs 11, welche rotationssymmetrisch zu der Mittelachse 9 aufgebaut sein kann. Das Ringfeld 34 weist mehrere entlang der y-Richtung y betrachtet übereinander angeordnete Ringnuten 35 auf, von denen in der Fig. 2 nur eine mit einem Bezugszeichen versehen ist. Die Ringnuten 35 sind zur Aufnahme von Kolbenringen geeignet. Beispielsweise sind zwei oder drei derartige Ringnuten 35 vorgesehen. Ein sich an den Kolbenboden 23 anschließender Feuersteg 36 ist Teil des Ringfelds 34. Der Feuersteg 36 weist jedoch keine wie zuvor erwähnte Ringnut 35 zum Aufnehmen eines Kolbenrings auf.

Der Kolben 8 ist zweiteilig und umfasst ein Kolbenunterteil 37 sowie ein Kolbenoberteil 38. Das Kolbenunterteil 37 und das Kolbenoberteil 38 sind zwei voneinander getrennte Bauteile, welche zum Bilden des Kolbens 8 stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Bei stoffschlüssigen Verbindungen werden die Verbindungspartner durch atomare oder molekulare Kräfte zusammengehalten. Stoffschlüssige Verbindungen sind nicht lösbare Verbindungen, die sich nur durch Zerstörung der Verbindungsmittel und/oder der Verbindungspartner wieder voneinander trennen lassen. Stoffschlüssig kann beispielsweise durch Kleben, Löten oder Schweißen verbunden werden. Beispielsweise ist das Kolbenunterteil 37 mit dem Kolbenoberteil 38 verschweißt, insbesondere reibverschweißt.

Mit Hilfe des Kolbens 8 soll eine im Vergleich zu betriebsintern bekannten Kolben höhere Brennraumoberflächentemperatur im Brennraum 24, das heißt eine heißere Verbrennung, erzielt werden. Durch eine Erhöhung der Brennraumober- flächentemperatur kann eine Erhöhung eines thermodynamischen Wirkungsgrads einer motorischen Verbrennung ermöglicht werden. Dadurch können Vorteile hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs und von CO2 -Emissionen realisiert werden.

Bei bekannten Kolben, insbesondere bei bekannten Stahlkolben, können als Werkstoffe beispielsweise entweder ein Vergütungsstahl 42CrMo4 oder ein mikrolegierter Stahl 38MnVS6 eingesetzt werden. Diese Kolben können entweder einteilig ausgeführt sein oder ein Kolbenunterteil und ein Kolbenoberteil aufweisen, die durch eine Fügeoperation miteinander verbunden werden. Dabei ist in der Regel der gesamte Kolben, auch bei zweiteiligen Konzepten, aus demselben Material her gestellt.

Die Kühlung eines derartigen Kolbens erfolgt dabei über einen Kühlölstrahl, der mit einer Einspritzdüse in einen umlaufenden, ringförmigen Kühlkanal eingespritzt wird. Hierfür ist ein bestimmter minimaler Volumenstrom des Kühlöls notwendig, um über eine entsprechende Wärmeabfuhr die hoch belasteten Bereiche, insbesondere den Brennraummuldenrand, unterhalb der für eine Verzunderung des Kolbens kritischen Temperatur zu halten. Beide der oben genannten Werkstoffe 42CrMo4 und 38MnVS6 haben eine durch ihre chemische Zusammensetzung vorgegebene und bei beiden Werkstoffen ähnliche Wärmeleitfähigkeit. Dadurch ergibt sich bei standardmäßig ausgelegter Kolbenkühlung eine gewisse Brennraumoberflächentemperatur. Diese kann nicht weiter erhöht werden, da beide Werkstoffe eine begrenzte Verzunderungsbeständigkeit aufweisen, und somit bei einer Erhöhung der Brennraumoberflächentemperatur dies zu einem verzunderungsbedingten Anriss und somit zum Ausfall des Kolbens führen könnte. Den steigenden Anforderungen bezüglich der Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und der CO2 -Emissionen wird deshalb häufig mit der Entwicklung reibungsoptimierter Kolbensysteme begegnet. Beispielsweise werden optimierte Kolbenschaftprofile und Einbauspiele, sowie kostenintensive Ringpakete mit speziellen Beschichtungen, wie beispielsweise amorpher Kohlenstoff (Engi.: Dia- monddike Carbon, DLC) oder aufwendige Oberflächenoptimierungen für Zylinderlaufbuchsen eingesetzt. Die Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und der CO2 -Emissionen gilt es mit Hilfe des zuvor erläuterten Kolbens 8 zu verbessern.

Hierzu kommt zumindest für den Bereich der Brennraummulde 26 des Kolbens 8 der Einsatz einer hochverzunderungsbeständigen und gleichzeitig niedrigwärmeleitfähigen Stahllegierung zur Anwendung. Dadurch erhöht sich aufgrund der geringeren Wärmeleitfähigkeit schon bei standardmäßig ausgelegter Kolbenkühlung die Brennraumoberflächentemperatur, was zu einer Steigerung des thermodynamischen Wirkungsgrads der motorischen Verbrennung führt.

Für den Kolben 8 eignet sich insbesondere eine niedriglegierte Stahllegierung mit folgender chemischer Zusammensetzung:

Kohlenstoff C- 0,35 bis 0,5 Gewichtsprozent, insbesondere 0,4 bis 0,44 Ge- wichtsprozent.

Silizium Si: 2,5 bis 3,5 Gewichtsprozent, insbesondere 2,85 bis 3 Gewichtsprozent.

Chrom CE 0,5 bis 2 Gewichtsprozent, insbesondere 0,9 bis 1,2 Gewichtsprozent.

Mangan Mn: 0,5 bis 0,9 Gewichtsprozent, insbesondere 0,6 bis 0,8 Gewichtsprozent. Titan Ti: 0,005 bis 0,015 Gewichtsprozent.

Molybdän Mo: 0,1 bis 0,3 Gewichtsprozent, insbesondere 0,15 bis 0,2 Gewichtsprozent.

Neben weiteren Legierungsbestandteilen umfasst die Stahllegierung hauptsächlich das Element Eisen Fe. Die Stahllegierung weist eine erhöhte Verzunderungsbeständigkeit bei 550 bis 650 °C, insbesondere bei 580 bis 600 °C, auf.

Für den Fall, dass der Kolben 8 ein einteiliges Bauteil ist und somit nicht in das Kolbenunterteil 37 und das Kolbenoberteil 38 unterteilt ist, ist der gesamte Kolben 8 aus dieser Stahllegierung gefertigt. Für den Fall, dass der Kolben 8 zweiteilig ist und das von dem Kolbenunterteil 37 getrennte Kolbenoberteil 38 aufweist, kann nur das Kolbenoberteil 38, das die Brennraummulde 26 aufweist, aus der Stahllegierung gefertigt sein. Für das Kolbenunterteil 37 kommen dann vorzugsweise der Vergütungsstahl 42CrMo4 oder der mikrolegierte Stahl 38MnVS6 zum Einsatz.

Durch konstruktive Maßnahmen kann die Erhöhung der Brennraumoberflächentemperatur noch weiter gesteigert werden, indem die Kühlwirkung im Bereich der Brennraummulde 26 reduziert wird. Das ist möglich, da die Stahllegierung durch die höhere Verzunderungsbeständigkeit eine höhere Oberflächentemperatur in der Brennraummulde 26 ertragen kann, ohne dass es zu einem Versagen des Kolbens 8 kommt. Diese Erhöhung der Brennraumoberflächentemperatur kann durch die schon zuvor erläuterten und miteinander kombinierbare Maßnahmen erreicht werden. Zum einen wird durch die Vergrößerung der Wanddicken w31, w32 im Bereich der Brennraummulde 26 die Ableitung von Wärme Q durch das Kühlöl weiter reduziert und führt somit zu einer zusätzlichen Steige- rung der Brennraumoberflächentemperatur und damit des thermodynamischen

Wirkungsgrads.

Durch eine Anpassung der Geometrie des Kühlkanals 19 kann ebenso eine Steigerung der Brennraumoberflächentemperatur und des thermodynamischen Wirkungsgrads erreicht werden. Hierbei kann der Kühlkanal 19 mit einem im Vergleich zu bekannten Kolben geringerem Querschnitt ausgestattet werden, wodurch die Abfuhr von Wärme Q reduziert wird. Außerdem ist diese Maßnahme vorteilhaft bezüglich der Abmessungen und der Bauhöhe des Kolbens 8. Alternativ kann der Kühlkanal 19 als offener Kühlkanal gestaltet sein, der über eine frei zugängliche innere Oberfläche mit dem Kühlöl angespritzt wird. Ferner ist es auch möglich, auf den Kühlkanal 19 vollständig zu verzichten.

Weiterhin kann eine zur Kühlung des Kolbens 8 verwendete Menge an Kühlöl reduziert werden. Auch dadurch erhöht die Brennraumoberflächentemperatur und damit der thermodynamische Wirkungsgrad. Außerdem ergibt sich ein zusätzlicher Effizienzvorteil, da eine Verlustleistung einer Ölpumpe zum Fördern des Kühlöls reduziert wird, was zu einem indirekten Beitrag an Kraftstofieinspa- rung führt.

Die Anwendung der Stahllegierung mit niedriger Wärmeleitfähigkeit führt zu einer Reduzierung der Abfuhr von Wärme Q von der Brennraummulde 26 hin zu dem Kühlkanal 19 und damit zu einer Erhöhung der Oberflächentemperatur der Brennraummulde 26 und des Brennraums 24. Die Stahllegierung weist gegenüber den Werkstoffen 42CrMo4 oder 38MnVS6 eine um etwa 20 W/m*K niedrigere Wärmeleitfähigkeit auf. Simulationen haben gezeigt, dass sich eine Brennraummuldenrandtemperatur an dem Brennraummuldenrand 28 pro 1 W/m*K reduzierte Wärmeleitfähigkeit um 2 K erhöht. Die oben aufgeführten zusätzlichen konstruktiven Maßnahmen wie die Vergrößerung der Wanddicken w31, w32, die Anpassung der Kühlkanalgeometrie des Kühlkanals 19 oder die Reduzierung der Menge des Kühlöls haben eine analoge Wirkung, die über eine Reduzierung der Abfuhr von Wärme Q zu einer höheren Brennraumoberflächentemperatur führen. Infolgedessen kann der thermodynamische Wirkungsgrad der Verbrennung erhöht und somit können Kraftstoff und CO2-Emmissionen eingespart werden. Voraussetzung hierfür ist eine ausreichende Verzunderungsbeständigkeit der Stahllegierung.

Neben der niedrigen Wärmeleitfähigkeit ist die Stahllegierung gleichzeitig auch hochverzunderungsbeständig, das heißt, eine Grenztemperatur, ab der eine technisch relevante Verzunderung auftritt, kann um mindestens 70 K zu einer höheren Temperatur hin verschoben werden. Infolge der hohen Verzunderungsbeständigkeit der Stahllegierung können außerdem zusätzliche verbrennungsseitige Maßnahmen zur Erhöhung der Brennraumoberflächentemperatur und zur Steigerung des thermodynamischen Wirkungsgrads ergriffen werden.

Durch den Einsatz der hochverzunderungsbeständigen und gleichzeitig niedrigwärmeleitfähigen Stahllegierung zumindest als Werkstoff für das Kolbenoberteil 38 kann der thermodynamische Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors 7 erhöht werden. Dadurch können Verbrauchsvorteile und Vorteile hinsichtlich der CO2 -Emissionen realisiert werden.

Die Fig. 5 zeigt eine schematische geschnittene Explosionsansicht einer Ausführungsform eines Kolbenrohlings 39 für den Kolben 8.

Mit Hilfe des Kolbenrohlings 39 kann der Kolben 8 hergestellt werden. Der Kolbenrohling 39 umfasst ein wie zuvor erwähntes Kolbenunterteil 37 sowie ein wie zuvor erwähntes Kolbenoberteil 38. Der Kolbenrohling 39 unterscheidet sich von dem Kolben 8 dadurch, dass das Kolbenunterteil 37 noch nicht mit dem Kolben- Oberteil 38 verbunden ist. Der Kolbenrohling 39 kann sich zusätzlich noch dadurch von dem Kolben 8 unterscheiden, dass der Kolben 8 nach dem Verschweißen des Kolbenunterteils 37 mit dem Kolbenoberteil 38 abtragend bearbeitet wird. Als abtragende Verfahren kommen beispielsweise Erodieren, Fräsen, Drehen oder dergleichen in Frage. Ferner kann der Kolbenrohling 39 zum Bilden des Kolbens 8 auch noch mit Hilfe eines umformenden Fertigungsverfahrens, beispielsweise eines Schmiedeverfahrens, umgeformt werden.

Die Mittelachse 9 kann dem Kolbenrohling 39 zugeordnet sein. Auch das zuvor erwähnte Koordinatensystem mit den Richtungen x, y, z kann dem Kolbenrohling 39 zugeordnet sein. Ferner kann auch die Radialrichtung R dem Kolbenrohling 39 zugeordnet sein.

Der Kühlkanal 19 ist teilweise an dem Kolbenunterteil 37 und teilweise an dem Kolbenoberteil 38 angeformt. Insbesondere ist an dem Kolbenunterteil 37 ein erster Kühlkanalabschnitt 19A vorgesehen. An dem Kolbenoberteil 38 kann ein zweiter Kühlkanalabschnitt 19B vorgesehen sein. Die Kühlkanalabschnitte 19A, 19B bilden zusammen den Kühlkanal 19. Das Kolbenoberteil 38 weist die Brennraummulde 26 auf, die zur Herstellung des Kolbens 8 aus dem Kolbenrohling 39 mit Hilfe eines abtragenden oder umformenden Fertigungsverfahrens bearbeitet werden kann, um die in den Fig. 2 bis 4 gezeigte endgültige Geometrie der Brennraummulde 26 herzustellen.

Wie zuvor erwähnt, sind das Kolbenunterteil 37 und das Kolbenoberteil 38 zwei voneinander getrennte Bauteile, welche stoffschlüssig miteinander verbunden, insbesondere miteinander verschweißt, werden können. Hierzu weist das Kolbenunterteil 37 eine ringförmig um die Mittelachse 9 umlaufende erste Fügefläche 40 sowie eine ringförmig um die Mittelachse 9 umlaufende zweite Fügefläche 41 auf. Entlang der Radialrichtung R betrachtet ist die zweite Fügefläche 41 innerhalb der ersten Fügefläche 40 platziert. Entsprechend weist das Kolbenober- teil 38 eine ringförmig um die Mittelachse 9 umlaufende erste Fügefläche 42 sowie eine ringförmig um die Mittelachse 9 umlaufende zweite Fügefläche 43 auf. Entlang der Radialrichtung R betrachtet ist die zweite Fügefläche 43 innerhalb der ersten Fügefläche 42 platziert.

Das Kolbenunterteil 37 kann ferner einen umlaufenden Absatz 44 aufweisen, der sich entlang der Radialrichtung R betrachtet radial aus dem Kolbenunterteil 37 herauserstreckt. Der Absatz 44 ist optional. Das Kolbenunterteil 37 und das Kolbenoberteil 38 sind jeweils einstückige, insbesondere materialeinstückige, Bauteile. "Einstückig" oder "einteilig" bedeutet vorliegend, dass das Kolbenunterteil 37 und das Kolbenoberteil 38 jeweils nicht aus unterschiedlichen Unterbauteilen zusammengesetzt sind, sondern jeweils ein einziges Bauteil bilden.

Zumindest das Kolbenoberteil 38 ist zumindest abschnittsweise aus der zuvor erwähnten hochverzunderungsbeständigen Stahllegierung gefertigt. Insbesondere im Bereich der Brennraummulde 26 ist das Kolbenoberteil 38 aus der Stahllegierung gefertigt. Das Kolbenunterteil 37 kann beispielsweise aus den Werkstoffen 42CrMo4 oder 38MnVS6 hergestellt sein. Alternativ kann das Kolbenunterteil 37 jedoch ebenfalls aus derselben hochverzunderungsbeständigen Stahllegierung gefertigt sein, aus der das Kolbenoberteil 38 gefertigt ist. Der Kolbenrohling 39 kann auch ein einstückiges Bauteil sein. In diesem Fall sind das Kolbenunterteil 37 und das Kolbenoberteil 38 keine zwei voneinander getrennten Bauteile, die nachträglich miteinander verbunden werden. Der Kolbenrohling 39 ist dann durchgehend aus der hochverzunderungsbeständigen Stahllegierung gefertigt.

"Materialeinstückig" heißt dabei, dass das Kolbenunterteil 37 und das Kolbenoberteil 38 jeweils durchgehend aus demselben Material gefertigt sind. Der Kolben 8 selbst beziehungsweise der Kolbenrohling 39 ist hingegen mehrteilig. Das Kolbenunterteil 37 ist vorzugsweise ein Gussbauteil. Das Kolbenoberteil 38 kann ebenfalls ein Gussbauteil sein. Ferner kann das Kolbenunterteil 37 auch ein Schmiedebauteil sein. Auch das Kolbenoberteil 38 kann ein Schmiedebauteil sein. Für den Fall, dass das Kolbenunterteil 37 und/oder das Kolbenoberteil 38 jeweils ein Gussbauteil ist, können diese mit Hilfe eines Schmiedeverfahrens nachbearbeitet werden. Das Kolbenunterteil 37 und/oder das Kolbenoberteil 38 können jedoch auch mit Hilfe eines abtragenden Fertigungsverfahrens hergestellt oder bearbeitet sein.

Die Fig. 6 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Zwischenbauteils 45 für den Kolben 8.

Zum Bilden des Zwischenbauteils 45 werden das Kolbenunterteil 37 und das Kolbenoberteil 38 an ihren Fügeflächen 40 bis 43 unter Bildung von Fügeebenen 46, 47 miteinander verbunden. Die Fügeebenen 46, 47 können Schweißnähte, insbesondere Reibschweißnähte, sein. Dabei werden die ersten Fügeflächen 40, 42 und die zweiten Fügeflächen 41, 43 jeweils fest miteinander verbunden. Das Zwischenbauteil 45 unterscheidet sich von dem Kolbenrohling 39 dadurch, dass das Kolbenunterteil 37 fest mit dem Kolbenoberteil 38 verbunden, insbesondere verschweißt, ist. Als Schweiß verfahren eignet sich beispielsweise das Reib- schweißen.

Der Kolben 8 unterscheidet sich von dem Zwischenbauteil 45 dadurch, dass der Kolben 8 im Gegensatz zu dem Zwischenbauteil 45 mit Hilfe eines abtragenden und/oder umformenden Fertigungsverfahrens nachbearbeitet ist. Beispielsweise werden zur Herstellung des Kolbens 8 aus dem Zwischenbauteil 45 die Brennraummulde 26 bearbeitet, das Ringfeld 34 an das Zwischenbauteil 45 angeformt, der Absatz 44 entfernt und überstehende Wülste der Fügeebene 46 abgetragen. Ferner kann eine zylinderförmige Außenfläche 48 des Zwischenbauteils 45 abtragend bearbeitet werden, um das Ringfeld 34 herzustellen. Die Fig. 7 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform eines

Verfahrens zum Herstellen des Kolbenrohlings 39.

Bei dem Verfahren wird in einem Schritt S1 der Kolbenrohling 39 aus der Stahllegierung gefertigt, die einen Chromanteil von 0,5 bis 2 Gewichtsprozent und einen Silizium anteil von 2,5 bis 3,5 Gewichtsprozent aufweist. Der Schritt S1 kann ein Gießen, ein Umformen und/oder ein abtragendes Bearbeiten der Stahllegierung umfassen. Ferner können in dem Schritt S1 das Kolbenunterteil 37 und das Kolbenoberteil 38 als voneinander getrennte Bauteile gefertigt werden. In diesem Fall wird zumindest das Kolbenoberteil 38 aus der Stahllegierung gefertigt. Alternativ kann der Kolbenrohling 39 in dem Schritt S1 auch als einstückiges Bauteil gefertigt werden. In diesem Fall sind das Kolbenunterteil 37 und das Kolbenoberteil 38 keine zwei voneinander getrennten Bauteile.

Das Verfahren kann einen Schritt S2 umfassen, bei dem das Kolbenunterteil 37 und das Kolbenoberteil 38 zu dem Zwischenbauteil 45 zusammengefügt oder zusammengebaut werden. In dem Fall, dass das Kolbenunterteil 37 und das Kolbenoberteil 38 zusammengefügt werden, werden das Kolbenunterteil 37 und das Kolbenoberteil 38 an den Fügeflächen 40 bis 43 stofischlüssig miteinander verbunden, insbesondere verschweißt. Bevorzugt werden das Kolbenunterteil 37 und das Kolbenoberteil 38 an den Fügeflächen 40 bis 43 miteinander reibver- schweißt.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar. BEZUGSZEICHENLISTE

1 F ahrzeug

2 Karosserie

3 Fahrzeuginnenraum

4 Umgebung

5 Rad

6 Rad

7 Verbrennungsmotor

8 Kolben

9 Mittelachse

10 Kolbenschaft

11 Kolbenkopf

12 Bolzenbohrung

13 Mittelachse

14 Schaft ab schnitt

15 Schaft ab schnitt

16 Wandabschnitt

17 Wandabschnitt

18 Innenraum

19 Kühlkanal

19 A Kühlkanalabschnitt

19B Kühlkanalabschnitt

20 Wandung

21 Bohrung

22 Bohrung

23 Kolbenboden

24 Brennraum

25 Kolbenbodenabschnitt

26 Brennraummulde 27 Absatz

28 Brennraummuldenrand

29 Verrundung

30 Brennraummuldenboden

31 Wand

32 Wand

33 Innenform

34 Ringfeld

35 Ringnut

36 Feuersteg

37 Kolbenunterteil

38 Kolbenoberteil

39 Kolbenrohling

40 Fügefläche

41 Fügefläche

42 Fügefläche

43 Fügefläche

44 Absatz

45 Zwischenbauteil

46 Fügeebene

47 Fügeebene

48 Außenfläche d8 Kolbendurchmesser

E Schnittebene

Q Wärme

R Radialrichtung

51 Schritt

52 Schritt w31 Wanddicke w32 Wanddicke x x-Richtung y y-Richtung z z-Richtung

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Kolbenrohling (39) für einen Kolben (8), wobei der Kolbenrohling (39) zumindest abschnittsweise aus einer Stahllegierung gefertigt ist, die einen Chromanteil von 0,5 bis 2 Gewichtsprozent und einen Silizium anteil von 2,5 bis 3,5 Gewichtsprozent aufweist.

2. Kolbenrohling nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Chromanteil 0,9 bis 1,2 Gewichtsprozent und/oder der Silizium anteil 2,85 bis 3 Gewichtsprozent beträgt.

3. Kolbenrohling nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahllegierung einen Kohlenstoffanteil von 0,35 bis 0,5, insbesondere von 0,4 bis 0,44, Gewichtsprozent aufweist.

4. Kolbenrohling nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahllegierung einen Mangananteil von 0,5 bis 0,9, insbesondere von 0,6 bis 0,8, Gewichtsprozent aufweist.

5. Kolbenrohling nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahllegierung einen Titananteil von 0,005 bis 0,015 Gewichtsprozent aufweist.

6. Kolbenrohling nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahllegierung einen Molybdänanteil von 0,1 bis 0,3, insbesondere von

0,15 bis 0,2, Gewichtsprozent aufweist.

7. Kolbenrohling nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahllegierung eine erhöhte Verzunderungsbeständigkeit bei 550 bis 650 °C, insbesondere bei 580 bis 600 °C, aufweist.

8. Kolbenrohling nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenrohling (39) ein Kolbenunterteil (37) und ein Kolbenoberteil (38) aufweist, wobei das Kolbenoberteil (38) aus der Stahllegierung gefertigt ist, wobei das Kolbenunterteil (37) aus der Stahllegierung oder aus einem sich von der Stahllegierung unterscheidenden weiteren Werkstoff gefertigt ist, und wobei der weitere Werkstoff insbesondere eine höhere Wärmeleitfähigkeit als die Stahllegierung aufweist.

9. Kolbenrohling nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenrohling (39) ein einstückiges Bauteil ist, das durchgehend aus der Stahllegierung gefertigt ist.

10. Kolben (8) mit einem Kolbenrohling (39) nach einem der Ansprüche 1 - 9.

11. Kolben nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Brennraummulde (26) und einen zumindest abschnittsweise um die Brennraummulde (26) umlaufenden Kühlkanal (19), wobei eine durchschnittliche erste Wanddicke (w31) einer zwischen der Brennraummulde (26) und dem Kühlkanal (19) vorgesehenen ersten Wand (31) größer als 5 Prozent, bevorzugt größer als 6 Prozent, besonders bevorzugt größer als 7 Prozent, eines Kolbendurchmessers (d8) des Kolbens (8) ist.

12. Kolben nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die durchschnittliche erste Wanddicke (w31) mindestens 5 Millimeter beträgt.

13. Kolben nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine durchschnittliche zweite Wanddicke (w32) einer zwischen der Brennraummulde (26) und einer Innenform (33) des Kolbens (8) vorgesehenen zweiten Wand (32) größer als 5 Prozent, bevorzugt größer als 6 Prozent, besonders bevorzugt größer als 7 Prozent, des Kolbendurchmessers (d8) ist.

14. Kolben nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die durchschnittliche zweite Wanddicke (w32) mindestens 5 Millimeter beträgt.

15. Verfahren zum Herstellen eines Kolbenrohlings (39), wobei der Kolbenrohling (39) aus einer Stahllegierung gefertigt wird, die einen Chromanteil von 0,5 bis 2 Gewichtsprozent und einen Siliziumanteil von 2,5 bis 3,5 Gewichtsprozent aufweist.