DE102008035698A1 - Piston or piston part manufacturing method for internal combustion engine, involves forming passage opening of circular or oval shape in piston or piston part by electro-shaping using electrode with flat or conical end - Google Patents

Piston or piston part manufacturing method for internal combustion engine, involves forming passage opening of circular or oval shape in piston or piston part by electro-shaping using electrode with flat or conical end Download PDF

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Abstract

The method involves forming a cooling channel (21) in a piston (10) or a piston part (12), where the piston or the piston part is made of steel or light metal. A curved passage opening (22) is provided from an inner area (23) of the piston or the piston part towards the cooling channel. The passage opening of circular or oval shape is formed in the piston or piston part by electro-shaping using an electrode with a flat or conical end, where the diameter of the passage opening varies over length.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbens oder eines Kolbenteils für einen Verbrennungsmotor, wobei ein im Kolben oder Kolbenteil vorgesehener Kühlkanal mit mindestens einer Durchgangsöffnung versehen wird, die von einem Innenbereich des Kolbens oder Kolbenteils ausgehend in Richtung des Kühlkanals eingebracht wird. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen mit diesem Verfahren herstellbaren Kolben bzw. ein mit diesem Verfahren herstellbares Kolbenteil.The The present invention relates to a process for producing a Piston or a piston part for an internal combustion engine, wherein a cooling duct provided in the piston or piston part is provided with at least one passage opening, the of an inner region of the piston or piston part, starting in the direction the cooling channel is introduced. The present invention further relates to a producible by this method piston or a producible with this method piston part.

Ein gattungsgemäßes Verfahren ist aus der EP 1 431 562 A1 bekannt. Unabhängig von der Art der Einbringung eines Kühlkanals, bspw. durch Eingießen und anschließendes Ausspülen eines Salzkerns oder durch Eingießen eines hohlen Bauteils, muss nach der Herstellung des Kolbens bzw. des Kolbenteils mindestens eine Durchgangsöffnung in Richtung des Kühlkanals eingebracht werden. Die mindestens eine Durchgangsöffnung dient dem Zufluss bzw. Abfluss von Kühlöl in den bzw. aus dem Kühlkanal.A generic method is from the EP 1 431 562 A1 known. Irrespective of the type of introduction of a cooling channel, for example by pouring and subsequent rinsing of a salt core or by pouring a hollow component, at least one through hole must be introduced in the direction of the cooling channel after the production of the piston or the piston part. The at least one passage opening serves for the inflow or outflow of cooling oil into and out of the cooling channel.

Beim Einbringen der Durchgangsöffnung durch mechanische Bearbeitung können sich jedoch Grate bilden sowie Teilchen des Kolbenwerkstoffs in den Kühlkanal gelangen. Im Zusammenhang mit Kühlkanälen, die durch Eingießen eines hohlen Bauteils gebildet sind, stellt sich ferner das Problem, dass die Bindung zwischen dem Bauteil und dem Kolbenwerkstoff beschädigt werden kann. Wird bspw. eine Aluminiumlegierung als Kolbenwerkstoff und ein Stahlmaterial für das hohle Bauteil verwendet, muss die Oberfläche des Bauteils vorher durch Alfinieren behandelt werden, damit eine Alfinschicht als Bindeschicht zwischen dem Werkstoff des Bauteils und dem Kolbenwerkstoff entsteht. Die Alfinschicht vermittelt die Bindung zwischen Bauteil und Kolben bzw. Kolbenteil und kann durch die mechanische Bearbeitung beschädigt werden.At the Introduction of the passage opening by mechanical processing However, burrs can form as well as particles of the piston material get into the cooling channel. In connection with cooling channels, which are formed by pouring a hollow component, Furthermore, the problem arises that the bond between the component and the piston material can be damaged. Will, for example. an aluminum alloy as a piston material and a steel material used for the hollow component, the surface must be previously treated by Alfinieren, so that a Alfin layer as a bonding layer between the material of the component and the piston material is created. The Alfin layer conveys the Binding between component and piston or piston part and can through the mechanical processing will be damaged.

In der EP 1 431 562 A1 wird vorgeschlagen, zur Lösung dieses Problems die mindestens eine Durchgangöffnung durch einen Zirkularfräsvorgang einzubringen. Dabei handelt es sich allerdings ebenfalls um eine mechanische Bearbeitung, so dass Gratbildung und Beschädigungen nicht auszuschließen sind.In the EP 1 431 562 A1 It is proposed to introduce the at least one passage opening by means of a circular milling process in order to solve this problem. However, this is also a mechanical processing, so that burr formation and damage can not be excluded.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein gattungsgemäßes Verfahren derart weiterzubilden, dass eine Gratbildung und eine Beschädigung der Bindung zwischen einem eingegossenen Bauteil und dem Kolben bzw. Kolbenteil sicher ausgeschlossen werden.The Object of the present invention is a generic Further develop a method such that a burr formation and a Damage to the bond between a cast-in component and the piston or piston part are safely excluded.

Die Lösung besteht in einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die mindestens eine Durchgangsöffnung durch Elysieren in den Kolben oder in das Kolbenteil eingebracht wird. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbarer Kolben bzw. ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbares Kolbenteil.The Solution consists in a procedure with the characteristics of the Patent claim 1. According to the invention, that the at least one passage opening by Elysieren is introduced into the piston or in the piston part. Subject of the The present invention is further a with the invention Method producible pistons or one with the invention Method producible piston part.

Unter Elysieren wird ein elektrochemisches Bearbeitungsverfahren verstanden, das auch unter der Bezeichung ECM-Verfahren (electrochemical machining) bekannt ist. Bei diesem Verfahren wird eine Elektrode als Kathode und das zu bearbeitende Bauteil als Anode geschaltet und zwischen der Kathode und der Anode unter Beigabe einer Elektrolytlösung eine elektrische Spannung angelegt. Zwischen der Kathode und der Anode erfolgt ein Ladungsaustausch, durch den das Bauteil gezielt bearbeitet wird. Das dabei abgetragene Material fällt in der Regel als Metallhydroxid aus der Elektrolytlösung aus. Dieses Verfahren ist als solches bekannt (vgl. DE 35 31 761 A1 , DE 10 2006 025 456 A1 ).Elysizing is understood to mean an electrochemical machining process which is also known by the name ECM (electrochemical machining). In this method, an electrode is connected as a cathode and the component to be processed as an anode and applied between the cathode and the anode with the addition of an electrolyte solution, an electrical voltage. Between the cathode and the anode is a charge exchange, through which the component is selectively processed. The material removed in this case usually precipitates out of the electrolyte solution as metal hydroxide. This method is known as such (cf. DE 35 31 761 A1 . DE 10 2006 025 456 A1 ).

Der Werkstoffabtrag erfolgt somit berührungslos, so dass die mit einer mechanischen Bearbeitung einhergehenden Probleme vermieden werden. Eine Gratbildung, das Eintragen von Werkstoffteilchen in den Kühlkanal sowie eine Beschädigung der Bindung zwischen einem eingegossen Bauteil und dem Kolben oder Kolbenteil kann somit zuverlässig ausgeschlossen werden. Da die Bearbeitung unabhängig vom Gefügezustand der Werkstoffe erfolgt und weiches und hartes Material gleich gut abge tragen werden, kann die mindestens eine Durchgangsöffnung problemlos in verschiedene Werkstoffe eingebracht werden, bspw. in den Kolbenwerkstoff und in den Werkstoff eines ggf. eingegossenen hohlen Bauteils. Die Werkstoffe werden weder thermisch noch mechanisch beansprucht.Of the Material removal is thus contactless, so that the Avoiding problems associated with machining become. Burr formation, the introduction of material particles in the cooling channel and damage to the binding between a molded component and the piston or piston part can thus be reliably excluded. Because the editing regardless of the structural state of the materials takes place and soft and hard material can be worn equally well, the at least one passage opening easily into different Materials are introduced, for example. In the piston material and in the material of a possibly cast hollow component. The materials are neither stressed thermally nor mechanically.

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

Die mindestens eine Durchgangsöffnung kann je nach den Anforderungen des Einzelfalls beliebig gestaltet werden, bspw. mit einem kreisförmigen oder ovalen Durchmesser, gekrümmt oder mit einem über ihre Länge variierendem Durchmesser. Zum Elysieren kann insbesondere eine Elektrode mit einem planen Ende oder einem kegelförmigen Ende verwendet werden, um die Gestaltung der Durchgangsöffnung den Erfordernissen anzupassen.The At least one through-hole may vary depending on the requirements of the case be designed arbitrarily, for example. With a circular or oval diameter, curved or with an over their length varying diameter. To Elysieren can in particular an electrode with a planar end or a cone-shaped End used to design the through hole to adapt to the requirements.

Es ist von Vorteil, zunächst eine Sackbohrung in den Kolben oder das Kolbenteil einzubringen und diese anschließend durch Elysieren zu der Durchgangsöffnung fertig zu bearbeiten. Auf diese Weise wird eine Trichterbildung am Rand der Durchgangsöffnung vermieden.It is an advantage, first a blind hole in the piston or bring in the piston part and then this finished by Elysieren to the passage opening finished. In this way, a funnel formation at the edge of the through hole avoided.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist für alle Kolbenwerkstoffe, insbesondere Stahl oder Leichtmetallwerkstoff sowie für alle Werkstoffe eines ggf. eingegossenen hohlen Bauteils geeignet. Dies gilt insbesondere auch für einen Kolben bzw. ein Kolbenoberteil mit einem Ringträger, der aus einem Ringträgerteil und einem Kühlkanalteil zusammengesetzt ist, die fest miteinander verbunden sind und gemeinsam den Kühlkanal bilden. Das Kühlkanalteil besteht in der Regel aus einem alfinierten Stahlblech.The inventive method is for all piston materials, especially steel or light metal material as well as for all materials of a possibly cast hollow component suitable. This is especially true for a piston or a piston upper part with a ring bearer, which consists of a ring bearer part and a cooling passage part which are fixed to each other are connected and together form the cooling channel. The Cooling channel part usually consists of an alfinated Sheet steel.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. 1 zeigt in einer schematischen, nicht maßstabsgetreuen Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbens 10. Der Kolben 10 ist im Ausführungsbeispiel ein zweiteiliger Kolben. Das erfindungsgemäße Verfahren ist aber selbstverständlich für alle Kolbentypen geeignet. Daher gilt die folgende Beschreibung für jeden einen Kühlkanal aufweisenden einteiligen Kolben sowie für jedes beliebige einen Kühlkanal aufweisende Kolbenoberteil.An embodiment of the invention will be explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. 1 shows a schematic, not to scale representation of an embodiment of a piston according to the invention 10 , The piston 10 is a two-part piston in the embodiment. Of course, the method according to the invention is suitable for all types of piston. Therefore, the following description applies to each cooling channel having a one-piece piston and any cooling channel having a piston upper part.

Der Kolben 10 weist ein Kolbenoberteil 11 und ein Kolbenunterteil 12 auf. Das Kolbenoberteil 11 und das Kolbenunterteil 12 können aus einem beliebigen metallischen Werkstoff bestehen, wie bspw. Gusseisen, Stahl oder Leichtmetall bzw. Leichtmetalllegierung. Das Kolbenunterteil 12 weist einen Kolbenschaft 13 sowie mit Nabenbohrungen 15 versehene Bolzennaben 14 auf. Das Kolbenoberteil 11 weist einen Kolbenboden 16 mit einer Brennraummulde 17 auf. An den Kolbenboden 16 schließt sich ein äußerer umlaufender Feuersteg 18 an. Unterhalb des Feuerstegs 18 ist eine umlaufende Ringpartie 19 mit Ringnuten für Kolbenringe (nicht dargestellt) vorgesehen. Das Kolbenunterteil 12 und das Kolbenoberteil 11 bilden ferner gemeinsam einen äußeren umlaufenden Kühlkanal 21. Erfindungsgemäß ist mindestens eine Durchgangsöffnung 22 vorgesehen, die mittels eines Elysiervorgangs von einem Innenbereich 23 des Kolbens 10 aus in Richtung des Kühlkanals 21 eingebracht wird.The piston 10 has a piston upper part 11 and a piston bottom 12 on. The piston upper part 11 and the piston lower part 12 can be made of any metallic material, such as. Cast iron, steel or light metal or light metal alloy. The piston lower part 12 has a piston stem 13 as well as with hub bores 15 provided bolt hubs 14 on. The piston upper part 11 has a piston bottom 16 with a combustion bowl 17 on. To the piston bottom 16 closes an outer circumferential Feuersteg 18 at. Below the firestep 18 is a circumferential ring part 19 provided with annular grooves for piston rings (not shown). The piston lower part 12 and the piston top 11 together also form an outer circumferential cooling channel 21 , According to the invention, at least one passage opening 22 provided by an Elysiervorgangs of an interior area 23 of the piston 10 out in the direction of the cooling channel 21 is introduced.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (9)

Verfahren zur Herstellung eines Kolbens (10) oder Kolbenteils (12) für einen Verbrennungsmotor, wobei ein im Kolben (10) oder Kolbenteil (12) vorgesehener Kühlkanal (21) mit mindestens einer Durchgangsöffnung (22) versehen wird, die von einem Innenbereich (23) des Kolbens (10) oder Kolbenteils (12) ausgehend in Richtung des Kühlkanals (21) eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Durchgangsöffnung (22) durch Elysieren in den Kolben (10) oder in das Kolbenteil (12) eingebracht wird.Method for producing a piston ( 10 ) or piston part ( 12 ) for an internal combustion engine, one in the piston ( 10 ) or piston part ( 12 ) provided cooling channel ( 21 ) with at least one passage opening ( 22 ) from an interior area ( 23 ) of the piston ( 10 ) or piston part ( 12 ) starting in the direction of the cooling channel ( 21 ) is introduced, characterized in that the at least one passage opening ( 22 ) by Elysieren in the flask ( 10 ) or in the piston part ( 12 ) is introduced. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Durchgangsöffnung (22) mit einem kreisförmigen oder ovalen Durchmesser hergestellt wird.Method according to claim 1, characterized in that the at least one passage opening ( 22 ) is made with a circular or oval diameter. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine gekrümmte Durchgangsöffnung (22) hergestellt wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that at least one curved passage opening ( 22 ) will be produced. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Durchgangsöffnung (22) mit über ihre Länge variierendem Durchmesser hergestellt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one passage opening ( 22 ) is made with varying diameter over its length. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Elysieren eine Elektrode mit einem planen Ende oder einem kegelförmigen Ende verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that for Elysieren an electrode with a Plan end or a cone-shaped end is used. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst eine Sackbohrung in den Kolben (10) oder das Kolbenteil (12) eingebracht wird, die anschließend durch Elysieren zu der Durchgangsöffnung (22) fertig bearbeitet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that initially a blind bore in the piston ( 10 ) or the piston part ( 12 ) is introduced, which then by Elysieren to the passage opening ( 22 ) is finished. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kolben (10) oder Kolbenteil (12) aus Stahl oder einem Leichtmetallwerkstoff bearbeitet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a piston ( 10 ) or piston part ( 12 ) is machined from steel or a light metal material. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kolben (10) oder Kolbenteil (12) bearbeitet wird, welcher bzw. welches einen Ringträger mit einem Ringträgerteil und einem Kühlkanalteil aufweist, die fest miteinander verbunden sind und gemeinsam den Kühlkanal bilden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a piston ( 10 ) or piston part ( 12 ), which has a ring carrier with a ring carrier part and a cooling channel part, which are firmly connected to each other and together form the cooling channel. Kolben (10) oder Kolbenteil (12) für einen Verbrennungsmotor, herstellbar durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8.Piston ( 10 ) or piston part ( 12 ) for an internal combustion engine, producible by a method according to one of claims 1 to 8.
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