DE102008035696A1 - Piston manufacturing method for modern internal combustion engine, involves sealing part of recess using covering part, filling remaining parts of recess with auxiliary material by welding, finishing blank to piston or piston upper part - Google Patents

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Abstract

The method involves manufacturing a blank (30) from a metallic material e.g. steel material, for a piston or a piston upper part. A circulating recess (12) is brought into a top side (13) of the blank. A part (14) of the recess is sealed using a covering part (17) for forming a circulating cooling channel. Remaining parts (15) of the recess is filled with an auxiliary material by welding. The blank is finished to the piston or the piston upper part. The piston upper part is connected with other components for finishing the piston. An independent claim is also included for a piston or piston upper part for an internal combustion engine.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor sowie einen nach diesem Verfahren herstellbaren Kolben mit einem Kolbenkopf oder ein nach diesem Verfahren herstellbares Kolbenoberteil, die einen Kolbenboden, einen umlaufenden Feuersteg sowie eine umlaufende Ringpartie und einen in Höhe der Ringpartie umlaufenden Kühlkanal aufweisen.The The present invention relates to a process for producing a Piston for an internal combustion engine and a producible by this method Piston with a piston head or a producible by this method Piston upper part, which has a piston crown, a revolving flank as well as an encircling ring part and a circle surrounding the ring part cooling channel exhibit.

In modernen Verbrennungsmotoren sind Kolben einer immer höheren thermischen und mechanischen Belastung ausgesetzt. Dies gilt insbesondere im Bereich des Kolbenkopfes für den dem Brennraum zugewandten Kolbenboden und zumindest für die unmittelbar am Feuersteg anschließende oberste Ringnut. Es ist daher erwünscht, besonders widerstandsfähige Werkstoffe wie bspw. Stahlwerkstoffe zu verwenden und zugleich eine wirksame Kühlung im Bereich des Kolbenkopfes durch Einbringen eines Kühlkanals zu erzielen. Derartig ausgebildete Kolben bzw. Kolbenköpfe sind bisher aus Aluminiumlegierungen nur durch Gießen unter Verwendung eines löslichen Kerns, z. B. eines Salzkerns herstellbar. Der Salzkern kann jedoch nur in aufwändiger Weise lagegenau in der Gießform positioniert werden. Außerdem stellt der Kühlkanal eine strukturelle Schwachstelle im Kolbenkopf dar, so dass eine Verstärkung oder Versteifung in diesem Bereich erwünscht ist. Wenn der Kolbenboden mit einer Verbrennungsmulde versehen ist, ist eine Verstärkung des Muldenrands erwünscht. Ferner kann eine Verstärkung oder Armierung der besonders belasteten obersten Ringnut geboten sein. Diese zahlreichen Anforderungen führen dazu, dass die Herstellung moderner Kolben immer aufwändiger und kostspieliger wird.In modern internal combustion engines are pistons of an ever higher thermal and exposed to mechanical stress. This is especially true in the Area of the piston head for the piston chamber facing the combustion chamber and at least for the immediate at the top of the firebridge following Ring groove. It is therefore desirable particularly resistant To use materials such as steel materials and at the same time a effective cooling in the region of the piston head by introducing a cooling channel to achieve. Such trained piston or piston heads are previously made of aluminum alloys only by casting using a soluble Kerns, z. B. a salt core to produce. The salt core, however, can only in elaborate Precise position in the mold be positioned. Furthermore represents the cooling channel a structural weak point in the piston head, so that a gain or Stiffening in this area is desired. When the piston bottom is provided with a combustion bowl, is a gain of Muldenrands desired. Furthermore, a gain or reinforcement of the particularly loaded top annular groove offered be. These numerous requirements lead to the production of modern Pistons more and more elaborate and becomes more expensive.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbens oder Kolbenoberteils bereitzustellen, mit dem hoch belastbare Kolben mit möglichst geringem Aufwand herstellbar sind. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen gattungsgemäßen Kolben bzw. ein gat tungsgemäßes Kolbenoberteil so weiterzubilden, dass mit möglichst geringem Aufwand eine hohe Belastbarkeit erreicht wird.The The object of the present invention is thus a method to provide a piston or piston top, produced with the highly resilient piston with the least possible effort are. Another object of the present invention is a generic piston or a gat device according piston upper part educate so that with the least possible Expense a high load capacity is achieved.

Die Lösung besteht in einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie in einem Kolben oder Kolbenoberteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 21.The solution consists in a method with the features of the claim 1 and in a piston or piston upper part with the features of Claim 21.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist die folgenden Verfahrensschritte auf:

  • (a) Herstellen eines Rohlings aus einem vorzugsweise metallischen Werkstoff für einen Kolben oder ein Kolbenoberteil;
  • (b) Einbringen einer umlaufenden Ausnehmung in die Oberseite des Rohlings;
  • (c) Verschließen eines Teils der Ausnehmung mit einem Abdeckteil zur Bildung eines umlaufenden Kühlkanals;
  • (d) Verfüllen des verbleibenden Teils der Ausnehmung mit einem Zusatzmaterial durch Schweißen;
  • (e) Fertigbearbeiten des Rohlings zu einem Kolben oder Kolbenoberteil;
  • (f) ggf. Verbinden des Kolbenoberteils mit mindestens einem weiteren Bauteil zur Fertigstellung des Kolbens.
The process according to the invention comprises the following process steps:
  • (A) producing a blank of a preferably metallic material for a piston or a piston upper part;
  • (b) inserting a circumferential recess in the top of the blank;
  • (c) closing a portion of the recess with a cover member to form a circumferential cooling channel;
  • (d) filling the remaining part of the recess with a filler material by welding;
  • (e) finishing the blank to a piston or piston top;
  • (F) possibly connecting the upper piston part with at least one further component for completing the piston.

Der erfindungsgemäße Kolben bzw. das erfindungsgemäße Kolbenoberteil zeichnen sich dadurch aus, dass der Kühlkanal durch einen Teil einer umlaufenden Ausnehmung im Kolbenkopf und durch ein Abdeckteil gebildet ist und dass das Abdeckteil und der Kolbenkopf durch im verbleibenden Teil der Ausnehmung aufgenommenes Zusatzmaterial, z. B. Schweißgut, miteinander verbunden sind.Of the piston according to the invention or the piston upper part according to the invention are characterized by the fact that the cooling channel through a part of a circumferential Recess in the piston head and is formed by a cover and that the cover and the piston head through in the remaining part the recess recorded additional material, eg. B. weld metal, each other are connected.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann der Kühlkanal auf einfache Weise sehr lagegenau im Kolbenkopf angeordnet werden, und zwar unabhängig von dem gewählten Herstellungsverfahren für den Kolbenrohling. Daher kann nun auch ein geschmiedeter oder gepresster Kolben bzw. ein derart hergestelltes Kolbenoberteil auf besonders einfache Weise mit einem Kühlkanal versehen werden.With the method according to the invention can the cooling channel be arranged in a very precise position in the piston head in a simple manner, and independently from the chosen one Manufacturing process for the Piston blank. Therefore, now a forged or pressed Piston or a piston upper part produced in this way particularly simple way with a cooling channel be provided.

Das erfindungsgemäß vorgesehene Zusatzmaterial, z. B. Schweißgut, sorgt für eine feste und zuverlässige Verbindung zwischen dem Werkstoff des Kolbens bzw. Kolbenoberteils und dem Werkstoff der Abdeckung. Das Schweißgut bewirkt ferner eine Verstärkung bzw. Versteifung im Kolbenkopf, insbesondere im Bereich des Kühlkanals. Das Schweißgut schließt bündig mit dem Kolbenboden ab, so dass die thermische bzw. mechanische Belastbarkeit des Kolbenbodens positiv beeinflusst wird. Die Formgebung und Bemessung der erfindungsgemäß im Rohling vorgesehenen Ausnehmung ist frei wählbar. Das bedeutet, dass je nach Form und Ausdehnung der Ausnehmung auch die thermische bzw. mechanische Belastbarkeit und die Verschleißbeständigkeit zumindest der obersten Ringnut verbessert wird.The provided according to the invention Additional material, eg. B. weld metal, takes care of a solid and reliable Connection between the material of the piston or upper piston part and the material of the cover. The weld metal also causes a gain or Stiffening in the piston head, especially in the area of the cooling channel. The weld metal closes flush with the piston bottom, so that the thermal or mechanical strength of the piston crown is positively influenced. The design and dimensioning the invention provided in the blank Recess is freely selectable. This means that depending on the shape and extent of the recess also the thermal or mechanical strength and the wear resistance at least the uppermost annular groove is improved.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.advantageous Further developments emerge from the subclaims.

Der Rohling wird bevorzugt aus einem Eisen- bzw. Stahlwerkstoff hergestellt, da diese Werkstoffe thermisch bzw. mechanisch besonders hoch belastbar sind. Der Rohling kann insbesondere gegossen, gepresst oder geschmiedet werden.Of the Blank is preferably made of an iron or steel material, because these materials are thermally or mechanically particularly high load capacity are. The blank may in particular be cast, pressed or forged become.

Die umlaufende Ausnehmung kann durch jedes beliebige Verfahren in den Rohling eingebracht werden, bspw. durch spanende Bearbeitung oder, wenn der Rohling gegossen wird, durch Eingießen, d. h. durch die entsprechende Ausgestaltung der Gießform.The circumferential recess can ever By any method in the blank are introduced, for example. By machining or, if the blank is poured, by pouring, ie by the corresponding design of the mold.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der umlaufenden Ausnehmung besteht darin, dass eine umlaufende Nut in die Oberseite des Rohlings eingebracht wird und sich in Richtung der Oberseite eine umlaufende Rinne an die Nut anschließt, wobei die umlaufende Rinne gegenüber der Nut verbreitert ist. Mit anderen Worten: Die umlaufende Rinne weist einen Boden auf, in den die Nut eingebracht ist.A preferred embodiment of the circumferential recess is that a circumferential groove is introduced into the top of the blank and in the direction of the top a circumferential gutter to the Groove connects, with the circumferential gutter opposite the groove is widened. In other words, the circumferential groove has a bottom, in which the groove is introduced.

Die Abmessungen der umlaufenden Rinne können frei gewählt werden, derart, dass das erfindungsgemäß vorgesehene Schweißgut sich über einen vergleichsweise großen Bereich des Kolbenbodens und ggf. sogar in den Bereich der Ringpartie erstreckt, so dass die thermische bzw. mechanische Belastbarkeit des Kolbenbodens und/oder der Ringpartie verbessert wird.The Dimensions of the circumferential channel can be chosen freely, such that the inventively provided weld over a comparatively large one Area of the piston crown and possibly even in the area of the ring part extends, so that the thermal or mechanical load capacity the piston crown and / or the ring part is improved.

Diese bevorzugte Ausgestaltung erlaubt es ferner, das erfindungsgemäß vorgesehene Abdeckteil in Form eines einfachen Abdeckelements vorzusehen, das auf dem Boden der Rinne aufliegt und die Nut auf diese besonders einfache Weise verschließt, so dass diese einen geschlossenen Kühlkanal bildet. Als Abdeckelement dient vorzugsweise ein flaches oder gewölbtes Abdeckblech.These preferred embodiment also allows the inventively provided To provide cover in the form of a simple cover, the rests on the bottom of the gutter and the groove on this particular simple way, so that this is a closed cooling channel forms. As a cover preferably serves a flat or curved cover plate.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der umlaufenden Ausnehmung besteht darin, dass die umlaufende Ausnehmung in Form einer am Außenumfang des Rohlings umlaufenden Schulter mit einer im Boden der Schulter umlaufenden Nut eingebracht wird. Die umlaufende Nut kann bspw. mittels eines am Boden der Schulter aufliegenden einfachen flächigen oder gewölbten Abdeckelements verschlossen werden. In diesem Fall wird der verbleibende Teil der Ausnehmung durch Formschweißen bzw. Auftragsschweißen aufgefüllt.A further preferred embodiment of the circumferential recess exists in that the circumferential recess in the form of an outer circumference of the blank encircling shoulder with one in the bottom of the shoulder circumferential groove is introduced. The circumferential groove can, for example. by means of a resting on the bottom of the shoulder simple flat or domed Covering be closed. In this case, the remaining Part of the recess filled by welding or surfacing.

Vorzugsweise wird jedoch als Abdeckteil ein Abdeckring verwendet, der im fertigen Kolben bzw. Kolbenoberteil zumindest einen Teil der Ringpartie, den Feuersteg sowie den äußeren Teil des Kolbenbodens bildet. Der Abdeckring weist bevorzugt eine zur umlaufenden Nut koaxial umlaufenden Aussparung auf. Die Aussparung und die Nut bilden zusammen einen umlaufenden Kühlkanal, der bei dieser bevorzugten Ausführungsform ein besonders großes Volumen aufweist und damit eine besonders effektive Kühlung bewirkt.Preferably However, a cover ring is used as a cover, the finished Piston or piston upper part at least a part of the ring part, the Flank as well as the outer part of the piston crown forms. The cover ring preferably has a peripheral Groove coaxial circumferential recess. The recess and the groove together form a circumferential cooling channel, which in this preferred embodiment a very big one Has volume and thus causes a particularly effective cooling.

Der verbleibende Teil der Ausnehmung wird vorzugsweise durch Auftragsschweißen verfüllt.Of the remaining part of the recess is preferably filled by build-up welding.

Bevorzugt kommt ein Schweißgut zur Anwendung, welches zunderbeständiger und/oder verschleißbeständiger als der Werkstoff des Rohlings ist, um eine besonders gute Verbesserung der thermischen bzw. mechanischen Belastbarkeit des fertigen Kolbens bzw. Kolbenoberteils zu erzielen. Wenn eine Verbrennungsmulde im Kolbenboden vorgesehen ist, bildet das Schweißgut bevorzugt eine Muldenrandverstärkung. Es ist ferner von Vorteil wenn das Schweißgut zumindest in der obersten Ringnut eine Armierung bildet. Durch diese Maßnahmen wird ein Kolben bzw. ein Kolbenoberteil mit besonders hoher thermischer und/oder mechanischer Belastbarkeit erhalten.Prefers comes a weld metal for use, which is more scalable and / or more wear resistant than The material of the blank is a particularly good improvement the thermal or mechanical load capacity of the finished piston or piston upper part to achieve. If a combustion chamber in the Piston bottom is provided, the weld metal preferably forms a Muldenrandverstärkung. It is also advantageous if the weld metal, at least in the top Ring groove forms a reinforcement. Through these measures, a piston or a piston upper part with particularly high thermal and / or mechanical Resilience received.

Das erfindungsgemäße Kolbenoberteil dient zur Herstellung beliebiger mehrteiliger Kolben, vorzugsweise gebauter Kolben oder Pendelschaftkolben.The piston upper part according to the invention is used to produce any multi-part piston, preferably built piston or pendulum piston.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in einer schematischen, nicht maßstabsgetreuen Darstellung:embodiments The present invention will be described below with reference to the accompanying drawings explained in more detail. It show in a schematic, not to scale representation:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Rohlings eines erfindungsgemäßen Kolbenoberteils; 1 a first embodiment of a blank of a piston upper part according to the invention;

2 das fertig bearbeitete erfindungsgemäße Kolbenoberteil gemäß 1; 2 the finished machined piston upper part according to the invention 1 ;

3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Rohlings eines erfindungsgemäßen Kolbenoberteils; 3 a further embodiment of a blank of a piston upper part according to the invention;

4 das fertig bearbeitete erfindungsgemäße Kolbenoberteil gemäß 3. 4 the finished machined piston upper part according to the invention 3 ,

Die 1 und 2 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in Form eines Rohlings 30 für ein Kolbenoberteil 10 bzw. eines Kolbenoberteils 10 für einen Pendelschaftkolben. Kolbenoberteile für andere Kolbentypen sowie einteilige Kolben sind selbstverständlich ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung.The 1 and 2 show a first embodiment of the present invention in the form of a blank 30 for a piston upper part 10 or a piston upper part 10 for a pendulum piston. Piston tops for other piston types and one-piece pistons are of course also subject of the present invention.

Der Rohling 30 gemäß 1 wird bspw. aus einem Stahlwerkstoff gegossen, gepresst oder geschmiedet. Im Bereich des Kolbenbodens 11 des fertigen Kolbenoberteils 10 gemäß 2 wird bspw. durch spanende Bearbeitung eine umlaufende Ausnehmung 12 in die Oberseite 13 des Rohlings 30 eingebracht. Die Ausnehmung 12 setzt sich im Ausführungsbeispiel zusammen aus einer umlaufenden Nut 14 und einer im Anschluss an die umlaufende Nut 14 in Richtung der Oberseite 13 des Rohlings 30 anschließenden Rinne 15 zusammen. Die Rinne 15 ist gegenüber der Nut 14 verbreitert und weist daher einen Boden 16 auf. Auf den Boden 16 der Rinne 15 wird ein Abdeckteil 17 in Form eines in Richtung der Oberseite 13 gewölbten Abdeckblechs aufgelegt. Dadurch wird ein geschlossener umlaufender Kühlkanal 26 gebildet. Die Rinne 15 wird im Ausführungsbeispiel durch Auftragsschweißen mit einem Schweißgut als Zusatzmaterial 18 verfüllt. Das Schweißgut bzw. Zusatzmaterial 18 weist bevorzugt eine höhere Zunderbeständigkeit und/oder Verschleißbeständigkeit gegenüber dem Werkstoff des Rohlings 30 auf.The blank 30 according to 1 is, for example, cast from a steel material, pressed or forged. In the area of the piston crown 11 the finished piston upper part 10 according to 2 For example, by machining a circumferential recess 12 in the top 13 of the blank 30 brought in. The recess 12 is composed in the embodiment of a circumferential groove 14 and one following the circumferential groove 14 towards the top 13 of the blank 30 adjoining gutter 15 together. The gutter 15 is opposite the groove 14 widened and therefore has a bottom 16 on. On the ground 16 the gutter 15 becomes a cover 17 in the form of a towards the top 13 arched cover plate placed. This will be a closed circumferential cooling channel 26 educated. The gutter 15 is in the exemplary embodiment by build-up welding with a weld metal as additional material 18 filled. The weld metal or additional material 18 preferably has a higher scale resistance and / or wear resistance to the material of the blank 30 on.

Aus 2 ist klar ersichtlich, dass nach dem Fertigbearbeiten des Rohlings 30 zum Kolbenoberteil 10 das Schweißgut 18 sowohl eine Muldenrandverstärkung 19 einer Verbrennungsmulde 21 als auch eine Armierung 22 der unterhalb des Feuerstegs 25 angeordneten obersten Ringnut 23 der Ringpartie 24 des Kolbenoberteils 10 bildet.Out 2 it is clear that after finishing the blank 30 to the piston top 10 the weld metal 18 both a bowl edge reinforcement 19 a combustion bowl 21 as well as a reinforcement 22 the one below the firestep 25 arranged top annular groove 23 the ring part 24 of the piston top 10 forms.

Die 3 und 4 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in Form eines Rohlings 130 für ein Kolbenoberteil 110 bzw. eines Kolbenoberteils 110 für einen Pendelschaftkolben. Kolbenoberteile für andere Kolbentypen sowie einteilige Kolben sind selbstverständlich ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung.The 3 and 4 show a further embodiment of the present invention in the form of a blank 130 for a piston upper part 110 or a piston upper part 110 for a pendulum piston. Piston tops for other piston types and one-piece pistons are of course also subject of the present invention.

Der Rohling 130 gemäß 3 wird bspw. aus einem Stahlwerkstoff gegossen, gepresst oder geschmiedet. Im Bereich des Kolbenbodens 111 des fertigen Kolbenoberteils 110 gemäß 4 wird bspw. durch spanende Bearbeitung eine umlaufende Ausnehmung 112 in die Oberseite 113 des Rohlings 130 eingebracht. Die Ausnehmung 112 setzt sich im Ausführungsbeispiel zusammen aus einer am Außenumfang des Rohlings 130 umlaufenden Schulter 115 und einer im Boden 116 der Schulter 115 umlaufenden Nut 114. Auf den Boden 116 der Schulter 115 wird ein Abdeckteil 117 in Form eines Abdeckrings aufgelegt. Dieses Abdeckteil kann aus einem vom Werkstoff des Rohlings 130 abweichenden Werkstoff, z. B. mit erhöhter Verschleißbeständigkeit oder abweichender Wärmeleitfähigkeit bestehen. Das Abdeckteil 117 weist im Ausführungsbeispiel eine zur Nut 114 koaxial umlaufende Aussparung 127 auf. Damit wird aus der Nut 114 und der Aussparung 127 ein geschlossener umlaufender Kühlkanal 126 gebildet. Der verbleibende Teil der Ausnehmung 112 zwischen dem Abdeckteil 117 und dem Rohling 130 wird im Ausführungsbeispiel durch Auf tragsschweißen mit einem Schweißgut als Zusatzmaterial 118 verfüllt. Das Schweißgut bzw. Zusatzmaterial 118 weist bevorzugt eine höhere Zunderbeständigkeit und/oder Warmfestigkeit gegenüber dem Werkstoff des Rohlings 130 auf. Ferner wird das Abdeckteil 117 an der Schulter 115 mittels einer radial verlaufenden Schweißnaht 129 verbunden.The blank 130 according to 3 is, for example, cast from a steel material, pressed or forged. In the area of the piston crown 111 the finished piston upper part 110 according to 4 For example, by machining a circumferential recess 112 in the top 113 of the blank 130 brought in. The recess 112 is in the embodiment together of a on the outer circumference of the blank 130 circumferential shoulder 115 and one in the ground 116 the shoulder 115 circumferential groove 114 , On the ground 116 the shoulder 115 becomes a cover 117 placed in the form of a cover ring. This cover can be made of one of the material of the blank 130 deviating material, eg. B. consist with increased wear resistance or dissimilar thermal conductivity. The cover part 117 has in the exemplary embodiment a groove 114 coaxial circumferential recess 127 on. This will be out of the groove 114 and the recess 127 a closed circulating cooling channel 126 educated. The remaining part of the recess 112 between the cover 117 and the blank 130 is in the embodiment by contract welding with a weld metal as additional material 118 filled. The weld metal or additional material 118 preferably has a higher scale resistance and / or heat resistance compared to the material of the blank 130 on. Further, the cover part becomes 117 on the shoulder 115 by means of a radially extending weld 129 connected.

Aus 4 ist klar ersichtlich, dass nach dem Fertigbearbeiten des Rohlings 130 zum Kolbenoberteil 110 das Schweißgut 118 eine Muldenrandverstärkung 119 einer Verbrennungsmulde 121 bildet. Das Abdeckteil 117 bildet den äußeren umlaufenden Bereich des Kolbenbodens 111 sowie einen Feuersteg 125 und die oberste Ringnut 123 und die zweite Ringnut 128 der unterhalb des Feuerstegs 125 angeordneten Ringpartie 124 des Kolbenoberteils 110.Out 4 it is clear that after finishing the blank 130 to the piston top 110 the weld metal 118 a bowl edge reinforcement 119 a combustion bowl 121 forms. The cover part 117 forms the outer circumferential area of the piston crown 111 as well as a lancet 125 and the top ring groove 123 and the second annular groove 128 the one below the firestep 125 arranged ring section 124 of the piston top 110 ,

Zum Spannungsabbau im Kolbenrohling kann nach dem Aufbringen des Schweißgutes ggf. eine Wärmebehandlung, bspw. durch eine Vergütungsbehandlung in Abhängigkeit vom Werkstoff, durchgeführt werden.To the Disengagement in the piston blank may possibly after the application of the weld metal Heat treatment for example by a compensation treatment dependent on from the material become.

Es liegt ebenfalls im Rahmen der Erfindung, dass der vorgenannte Materialauftrag durch geeignete Verfahren, wie HVOF-Spritzen, Kaltgas- oder Plasmaspritzen, Laser- oder Elektronenstrahlschweißen, erfolgen kann.It is also within the scope of the invention, that the aforementioned material application by suitable methods, such as HVOF spraying, cold gas or plasma spraying, Laser or electron beam welding, can be done.

Claims (32)

Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: (a) Herstellen eines Rohlings (30, 130) aus einem vorzugsweise metallischen Werkstoff für einen Kolben oder ein Kolbenoberteil (10, 110); (b) Einbringen einer umlaufenden Ausnehmung (12, 112) in die Oberseite (13, 113) des Rohlings (30, 130); (c) Verschließen eines Teils (14, 114) der Ausnehmung (12, 112) mit einem Abdeckteil (17, 117) zur Bildung eines umlaufenden Kühlkanals (26, 126); (d) Verfüllen des verbleibenden Teils (15, 115) der Ausnehmung (12, 112) mit einem Zusatzmaterial durch Schweißen; (e) Fertigbearbeiten des Rohlings (30, 130) zu einem Kolben oder Kolbenoberteil (10, 110); (f) ggf. Verbinden des Kolbenoberteils (10, 110) mit mindestens einem weiteren Bauteil zur Fertigstellung des Kolbens.Method for producing a piston for an internal combustion engine, characterized by the following method steps: (a) producing a blank ( 30 . 130 ) of a preferably metallic material for a piston or a piston upper part ( 10 . 110 ); (b) introducing a circumferential recess ( 12 . 112 ) in the top ( 13 . 113 ) of the blank ( 30 . 130 ); (c) closing a part ( 14 . 114 ) of the recess ( 12 . 112 ) with a cover ( 17 . 117 ) to form a circumferential cooling channel ( 26 . 126 ); (d) filling the remaining part ( 15 . 115 ) of the recess ( 12 . 112 ) with a filler material by welding; (e) Finishing the blank ( 30 . 130 ) to a piston or piston top ( 10 . 110 ); (f) if necessary connecting the piston upper part ( 10 . 110 ) with at least one further component for completing the piston. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (a) der Rohling (30, 130) aus einem Stahlwerkstoff hergestellt wird.Method according to claim 1, characterized in that in step (a) the blank ( 30 . 130 ) is made of a steel material. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (a) der Rohling (30, 130) gegossen, gepresst oder geschmiedet wird.Method according to claim 1 or 2, characterized in that in step (a) the blank ( 30 . 130 ) is cast, pressed or forged. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (b) die umlaufende Ausnehmung (12, 112) durch spanende Bearbeitung eingebracht wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in step (b) the circumferential recess ( 12 . 112 ) is introduced by machining. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling (30, 130) gegossen wird und im Schritt (b) die umlaufende Ausnehmung (12, 112) mit eingegossen wird.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the blank ( 30 . 130 ) is poured and in step (b) the circumferential recess ( 12 . 112 ) is poured with. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (b) die umlaufende Ausnehmung (12) in Form einer umlaufenden Nut (14) mit einer in Richtung der Oberseite (13) anschließenden, gegenüber der Nut (14) verbreiterten, umlaufenden Rinne (15) eingebracht wird.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that in step (b) the circumferential recess ( 12 ) in the form of a circumferential groove ( 14 ) with one in the direction of the top ( 13 ), opposite the groove ( 14 ) widened, circumferential gutter ( 15 ) is introduced. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (c) die umlaufende Nut (14) mittels eines am Boden der Rinne (15) aufliegenden Abdeckelements (17) verschlossen wird.A method according to claim 6, characterized in that in step (c) the circumferential groove ( 14 ) by means of a at the bottom of the channel ( 15 ) resting cover element ( 17 ) is closed. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Abdeckelement (17) ein flaches oder gewölbtes Abdeckblech verwendet wird.Method according to claim 7, characterized in that as cover element ( 17 ) a flat or curved cover plate is used. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (b) die umlaufende Ausnehmung (112) in Form einer am Außenumfang des Rohlings (130) umlaufenden Schulter (115) mit einer im Boden (116) der Schulter (115) umlaufenden Nut (114) eingebracht wird.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that in step (b) the circumferential recess ( 112 ) in the form of a on the outer circumference of the blank ( 130 ) circumferential shoulder ( 115 ) with one in the ground ( 116 ) the shoulder ( 115 ) circumferential groove ( 114 ) is introduced. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (c) die umlaufende Nut (114) mittels eines am Boden (116) der Schulter (115) aufliegenden Abdeckelements verschlossen wird.A method according to claim 9, characterized in that in step (c) the circumferential groove ( 114 ) by means of one on the ground ( 116 ) the shoulder ( 115 ) resting cover member is closed. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (c) die umlaufende Nut (114) mittels eines am Boden (116) der Schulter (115) aufliegenden Abdeckrings (117) verschlossen wird.A method according to claim 9, characterized in that in step (c) the circumferential groove ( 114 ) by means of one on the ground ( 116 ) the shoulder ( 115 ) resting cover ring ( 117 ) is closed. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abdeckring (117) mit einer zur umlaufenden Nut (114) koaxial umlaufenden Aussparung (127) verwendet wird.Method according to claim 11, characterized in that a cover ring ( 117 ) with a circumferential groove ( 114 ) coaxial circumferential recess ( 127 ) is used. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (d) der verbleibende Teil der Ausnehmung (12, 112) durch Auftragsschweißen verfüllt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in step (d) the remaining part of the recess ( 12 . 112 ) is filled by build-up welding. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (d) ein Zusatzwerkstoff (18, 118) verwendet wird, welcher zunderbeständiger, warmfester und/oder verschleißbeständiger als der Werkstoff des Rohlings (30, 130) ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in step (d) a filler material ( 18 . 118 ), which is more resistant to scaling, heat-resistant and / or wear-resistant than the material of the blank ( 30 . 130 ). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (e) ein Kolben oder Kolbenoberteil (10, 110) hergestellt wird, der einen Kolbenboden (11, 111) mit einer Verbrennungsmulde (21, 121), einen umlaufenden Feuersteg (25, 125) sowie eine umlaufende Ringpartie (24, 124) aufweist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in step (e) a piston or piston upper part ( 10 . 110 ), which has a piston crown ( 11 . 111 ) with a combustion recess ( 21 . 121 ), a revolving flank ( 25 . 125 ) and a circumferential ring section ( 24 . 124 ) having. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (e) die Verbrennungsmulde (21, 121) derart hergestellt wird, dass das Schweißgut (18, 118) eine Muldenrandverstärkung (19, 119) bildet.A method according to claim 15, characterized in that in step (e) the combustion trough ( 21 . 121 ) is manufactured such that the weld metal ( 18 . 118 ) a bowl edge reinforcement ( 19 . 119 ). Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (e) die umlaufende Ringpartie (24) derart hergestellt wird, dass das Schweißgut (18) zumindest in der obersten Ringnut (23) eine Armierung (22) bildet.A method according to claim 15 or 16, characterized in that in step (e) the circumferential ring section ( 24 ) is manufactured such that the weld metal ( 18 ) at least in the uppermost annular groove ( 23 ) a reinforcement ( 22 ). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (e) ein Kolbenoberteil (10, 110) für einen gebauten Kolben oder Pendelschaftkolben hergestellt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in step (e) a piston upper part ( 10 . 110 ) is made for a built piston or pendulum piston. Kolben, herstellbar mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18.Piston, producible by a method according to one the claims 1 to 18. Kolbenoberteil (10, 110), herstellbar mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18.Piston upper part ( 10 . 110 ), producible by a method according to one of claims 1 to 18. Kolben oder Kolbenoberteil (10, 110) für einen Verbrennungsmotor, mit einem Kolbenkopf, der einen Kolbenboden (11, 111), einen umlaufenden Feuersteg (25, 125) sowie eine umlaufende Ringpartie (24, 124) und einen in Höhe der Ringpartie (24, 124) umlaufenden Kühlkanal (26, 126) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (26, 126) durch einen Teil (14, 114) einer um laufenden Ausnehmung (12, 112) im Kolbenkopf und durch ein Abdeckteil (17, 117) gebildet ist und dass das Abdeckteil (17, 117) und der Kolbenkopf durch im verbleibenden Teil der Ausnehmung (15, 115) aufgenommenes Zusatzmaterial (18, 118) miteinander verbunden sind.Piston or piston top ( 10 . 110 ) for an internal combustion engine, with a piston head having a piston head ( 11 . 111 ), a revolving flank ( 25 . 125 ) and a circumferential ring section ( 24 . 124 ) and one at the level of the ring part ( 24 . 124 ) circumferential cooling channel ( 26 . 126 ), characterized in that the cooling channel ( 26 . 126 ) by a part ( 14 . 114 ) one around current recess ( 12 . 112 ) in the piston head and by a cover ( 17 . 117 ) is formed and that the cover ( 17 . 117 ) and the piston head through in the remaining part of the recess ( 15 . 115 ) additional material ( 18 . 118 ) are interconnected. Kolben oder Kolbenoberteil nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die umlaufende Ausnehmung (12) in Form einer umlaufenden Nut (14) mit einer in Richtung des Kolbenbodens (11) anschließenden, gegenüber der Nut (14) verbreiterten, umlaufenden Rinne (15) ausgebildet ist.Piston or upper piston part according to claim 21, characterized in that the circumferential recess ( 12 ) in the form of a circumferential groove ( 14 ) with a in the direction of the piston crown ( 11 ), opposite the groove ( 14 ) widened, circumferential gutter ( 15 ) is trained. Kolben oder Kolbenoberteil nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die umlaufende Nut (14) mittels eines am Boden (16) der Rinne (15) aufliegenden Abdeckelements (17) verschlossen ist.Piston or upper piston part according to claim 22, characterized in that the circumferential groove ( 14 ) by means of one on the ground ( 16 ) of the gutter ( 15 ) resting cover element ( 17 ) is closed. Kolben oder Kolbenoberteil nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckelement (17) als flaches oder gewölbtes Abdeckblech ausgebildet ist.Piston or upper piston part according to claim 23, characterized in that the cover element ( 17 ) is designed as a flat or curved cover plate. Kolben oder Kolbenoberteil nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die umlaufende Ausnehmung (112) in Form einer am Außenumfang des Kolbenkopfes umlaufenden Schulter (115) mit einer im Boden (116) der Schulter (115) umlaufenden Nut (114) ausgebildet ist.Piston or upper piston part according to claim 21, characterized in that the circumferential recess ( 112 ) in the form of a peripheral on the outer circumference of the piston head shoulder ( 115 ) with one in the ground ( 116 ) the shoulder ( 115 ) circumferential groove ( 114 ) is trained. Kolben oder Kolbenoberteil nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die umlaufende Nut (114) mittels eines am Boden (116) der Schulter (115) aufliegenden Abdeckelements (117) verschlossen ist.Piston or piston upper part according to claim 25, characterized in that the circumferential groove ( 114 ) by means of one on the ground ( 116 ) the shoulder ( 115 ) resting cover element ( 117 ) is closed. Kolben oder Kolbenoberteil nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die umlaufende Nut (114) mittels eines am Boden (116) der Schulter (115) aufliegenden Abdeckrings (117) verschlossen ist.Piston or upper piston part according to claim 25, characterized in that the circumferential groove ( 114 ) by means of one on the ground ( 116 ) the shoulder ( 115 ) resting cover ring ( 117 ) is closed. Kolben oder Kolbenoberteil nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Abdeckring (117) eine zur umlaufenden Nut (114) koaxial umlaufende Aussparung (127) aufweist.Piston or upper piston part according to claim 27, characterized in that the cover ring ( 117 ) one to the circumferential groove ( 114 ) coaxial circumferential recess ( 127 ) having. Kolben oder Kolbenoberteil nach einem der Ansprüche 21 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzmaterial (18, 118) zunderbeständiger, von höherer Warmfestigkeit und/oder verschleißbeständiger als der Werkstoff des Kolbenkopfes ist.Piston or upper piston part according to one of claims 21 to 28, characterized in that the additional material ( 18 . 118 ) is more resistant to scaling, higher thermal resistance and / or more wear resistant than the material of the piston head. Kolben oder Kolbenoberteil nach einem der Ansprüche 21 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenboden (11, 111) eine Verbrennungsmulde (21, 121) aufweist, die derart ausgebildet ist, dass das Schweißgut (18, 118) eine Muldenrandverstärkung (19, 119) bildet.Piston or piston upper part according to one of claims 21 to 29, characterized in that the piston head ( 11 . 111 ) a combustion trough ( 21 . 121 ), which is designed such that the weld metal ( 18 . 118 ) a bowl edge reinforcement ( 19 . 119 ). Kolben oder Kolbenoberteil nach einem der Ansprüche 21 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die umlaufende Ringpartie (24) derart hergestellt ist, dass das Zusatzmaterial (18) zumindest in der obersten Ringnut (23) eine Armierung (22) bildet.Piston or upper piston part according to one of claims 21 to 30, characterized in that the circumferential annular part ( 24 ) is manufactured such that the additional material ( 18 ) at least in the uppermost annular groove ( 23 ) a reinforcement ( 22 ). Kolbenoberteil nach einem der Ansprüche 21 bis 31, nämlich für einen gebauten Kolben oder Pendelschaftkolben.Piston upper part according to one of claims 21 to 31, namely for one built piston or pendulum piston.
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