EP3334545A1 - Verfahren zur herstellung eines monoblock-kolbens und monoblock-kolben - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines monoblock-kolbens und monoblock-kolben

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Publication number
EP3334545A1
EP3334545A1 EP16753336.3A EP16753336A EP3334545A1 EP 3334545 A1 EP3334545 A1 EP 3334545A1 EP 16753336 A EP16753336 A EP 16753336A EP 3334545 A1 EP3334545 A1 EP 3334545A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
cooling channel
collar
closure element
region
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP16753336.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Laqua
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KS Kolbenschmidt GmbH
Original Assignee
KS Kolbenschmidt GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by KS Kolbenschmidt GmbH filed Critical KS Kolbenschmidt GmbH
Publication of EP3334545A1 publication Critical patent/EP3334545A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21K—MAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K1/00—Making machine elements
    • B21K1/18—Making machine elements pistons or plungers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F3/16—Pistons  having cooling means
    • F02F3/20—Pistons  having cooling means the means being a fluid flowing through or along piston
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21K1/18—Making machine elements pistons or plungers
    • B21K1/185—Making machine elements pistons or plungers with cooling channels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23P15/10—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass pistons
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    • F02F3/20—Pistons  having cooling means the means being a fluid flowing through or along piston
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J1/00—Pistons; Trunk pistons; Plungers
    • F16J1/001—One-piece pistons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F2003/0007—Monolithic pistons; One piece constructions; Casting of pistons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F2200/00—Manufacturing
    • F02F2200/04—Forging of engine parts

Definitions

  • the invention relates to a monobloc piston for internal combustion engines and a method for its production according to the features of the respective preamble of the independent claims.
  • DE 10 2004 031 513 A1 discloses a method for producing a cooling channel piston for an internal combustion engine, which has a cooling channel in its piston head, wherein the piston head is followed by a piston lower part with piston hubs, bolt holes and piston shanks, wherein first a piston blank with a in the region of the piston head radially projecting and circumferential collar is produced, wherein the collar is then formed, it being provided that in a transition region between the piston head and the piston lower part a contact area for the collar is formed and the collar is so deformed until the outer radial peripheral edge very comes close to or fully to the plant area to form a closed cooling channel.
  • DE 10 2008 055 848 A1 relates to a cooling channel piston which has a radially encircling cooling channel lying behind a ring field, wherein the cooling channel piston forged from a steel material and the cooling channel introduced by machining between an upper part below the ring field and a lower part above the piston hubs and Kolben2020ften is, wherein the cooling channel extends behind the ring field in the direction of an upper side of the upper part, wherein the cooling channel piston above its piston bosses and piston shafts has an outwardly facing support region, wherein between the lower edge of the annular field and the support region, a closure element is arranged and fixed, which closes the cooling channel after its production.
  • the invention is therefore based on the object to provide a monoblock piston without any design limitations and to provide a method for its production.
  • the invention provides that an abutment region is provided on an upper region of the piston shanks and the collar is shaped such that its outer circumferential edge points at a distance from the abutment region and forms a defined gap, the gap subsequently is closed with a closure element to form a closed cooling channel.
  • the forming of the collar is maintained from a position that is angled relative to the piston stroke axis to a position parallel to the piston stroke axis to form a downwardly open cavity behind the peripheral collar after forming it, forming the later cooling channel of the piston ,
  • the piston blank is provided with an abutment region in its upper region of the piston stems, wherein the abutment region is positioned and the collar is reshaped such that a defined gap is created between the outer circumferential downwardly facing end face of the deformed collar and the surface of the abutment region. It can be thought that to improve the defined and resulting from the forming gap, the outer peripheral edge of the deformed collar and / or the contact area is made by machining, preferably by machining, to measure.
  • a closure element is used circumferentially in this gap.
  • this closure element is not excluded in principle to carry out this closure element in one piece, it is advantageously formed in two or more parts in development of the invention.
  • the closure element is formed from two identical half-shells.
  • the one-piece, as well as the two- or multi-part closure element can in principle be permanently connected to the piston blank. This is done, for example, by clipping, pressing, gluing, welding, soldering or the like. This provides the advantage that the upper part of the piston can be supported during operation in the cylinder of the internal combustion engine due to its deformations on the lower part, in particular the piston shafts.
  • closure element is formed in two or more parts, it is conceivable not only to fasten it form-fittingly and / or material-lockingly to the piston main body (piston blank), but also to connect its butt ends positively and / or cohesively with one another (only a part of FIG Butt joints or all) or its butt joints not to connect to each other, but only to rest on impact or leave a gap between them (when the two- or multi-part closure element is in its intended position in the defined gap).
  • FIGS 1 to 4 show the individual steps of the method according to the invention for the production of the cooling channel piston.
  • FIG. 5 shows a detail view of a closure element inserted into a gap.
  • the reference numeral 1 shows a piston blank, which is produced, for example, in a casting or forging process. These can also be other production methods for a piston blank, such as the flow-pressing method. The method by which the piston blank 1 is manufactured generally depends on the design of the piston and the strength requirements imposed on the piston.
  • the piston blank 1 shown in FIG. 1 has a piston crown 2 (upper part), with a collar 3 projecting radially outward from the piston crown 2. On the piston head 2 are down piston hub 4 with Kolben2020ften and pin holes and possibly other elements that together form a piston base.
  • a contact region 5 (with or without the shoulder), which, as already described, lies in a transition region 6 between the piston head 2 and the piston lower part is located.
  • This transitional region 6 is approximately formed in the piston blank 1 according to Figure 1 as a circumferential ridge, but may also have other geometries in other piston designs.
  • the abutment area 5 serves to form a gap after it has been reshaped. In this gap, a closure element is used later (see Figures 3 and 4).
  • a radially encircling web 7 or portions of a web is present, wherein the web 7 can be made for example by machining.
  • This embodiment is shown in Figure 2, wherein also in the contact area 5, a simple paragraph may be present, to which the closure element can come to rest when it is inserted into the gap.
  • FIG. 3 shows the collar 3 after its deformation, wherein it can be seen that the outer radially encircling part of the collar 3 is angled by approximately 90 °.
  • the piston blank 1 After the piston blank 1 has been produced according to FIG. 3, it can be subjected to a finishing operation so that after this finishing, the finished cooling channel piston with closure element 10 inserted in the gap 9 is available, which is designated by the reference numeral 11 in FIG.
  • a combustion bowl 12 is still introduced in the piston head 2.
  • annular grooves of a ring field 13 are introduced in this finished cooling channel piston 1 1, a pin bore with the reference numeral 14 and a piston shaft with the reference numeral 15 are provided.
  • at least one opening 16 (bore) is provided for the exchange of cooling medium in the cooling channel 8 and again out, which has been introduced parallel to the Kolbenhubachse 17 in the direction of the cooling channel 8.
  • FIG. 5 shows a detail of the finished one-piece cooling channel piston 1 1, in which in the gap 9, the two- or multi-part closure element 10 has been used.
  • This closure element 10 is joined together only at its butt ends, but not materially connected to the piston blank 1 (piston main body). It is thus not welded in particular to the piston blank 1.
  • the gap 9 is completely closed by the closure element 10 upwards and downwards (as viewed in FIG. 4) or a residual gap may remain, as can be clearly seen in FIG.
  • the web 7 is used to limit the position of the closure element 10. After the closure element 10 inserted into the gap 9 and its butt ends were joined together, only then or in addition to a previous processing of the piston blank 1, a finishing of the cooling channel piston 1 1 done.
  • the piston blank 1 and the cooling channel piston 1 1 along the piston stroke 17 in two different views (once left and once right of the piston stroke 17) is shown.

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Kühlkanalkolbens (9) für eine Brennkraftmaschine, der in seinem Kolbenboden (2) einen Kühlkanal (8) aufweist, wobei sich dem Kolbenboden (2) ein Kolbenunterteil mit Kolbennaben (4), Bolzenbohrungen (12) und Kolbenschäften (13) anschliesst, wobei zunächst ein Kolbenrohling (1) mit einem im Bereich des Kolbenbodens (2) radial abstehenden und umlaufenden Kragen (3) hergestellt und der Kragen (3) anschliessend umgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass an einem oberen Bereich der Kolbenschäfte (13) ein Anlagebereich (5) vorgesehen ist und der Kragen (3) derart umgeformt wird, dass dessen äussere umlaufende Kante beabstandet zu dem Anlagebereich (5) weist und einen definierten Spalt (9) bildet, wobei der Spalt (9) anschliessend mit einem Verschlusselement (10) verschlossen wird, um einen geschlossenen Kühlkanal (8) zu bilden.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Monoblock-Kolbens und Monoblock-Kolben
B E S C H R E I B U N G
Die Erfindung betrifft einen Monoblock-Kolben für Brennkraftmaschinen und ein Verfahren zu seiner Herstellung gemäß den Merkmalen des jeweiligen Oberbegriffes der unabhängigen Patentansprüche.
Grundsätzlich ist es bekannt, Rohlinge für Kolben, die nach ihrer Endbearbeitung unter anderem einen Kühlkanal aufweisen, im Guß- oder Schmiedeverfahren herzustellen. Hierbei sind auch Kombinationen der beiden genannten Verfahren denkbar. Das Schmiedeverfahren bietet sich an, da ein im Schmiedeverfahren hergestellter Kolben bessere Festigkeitseigenschaften aufweist gegenüber einem Kolben, der im Gießverfahren hergestellt wurde. Bei Kolbenrohlingen, die im Schmiedeverfahren hergestellt werden, bedarf es eines aufwendigen Prozesses, um einen im Ringfeldbereich liegenden Kühlkanal in diesen Kolbenrohling einzubringen. Gegenüber gegossenen Kolbenrohlingen kann bei im Schmiedeverfahren hergestellten Rohlingen nicht mit verlorenen Kernen gearbeitet werden. Deshalb ist es immer wieder problematisch, den Kühlkanal durch geeignete Schritte einzubringen. Bekannt hierfür ist, dass radial umlaufend eine Ausnehmung durch spanabhebende Bearbeitung eingebracht und durch geeignete Mittel verschlossen wird. Dabei ist aber auf die Maßhaltigkeit der Ausnehmung und der Mittel, die diese Ausnehmung verschließen sollen, zu achten, wodurch ein kostenintensiver Arbeitsschritt zusätzlich erforderlich wird. Durch die erforderliche Maßhaltigkeit sind auch die beteiligten Elemente nur entsprechend aufwendig zu fertigen. Die DE 10 2004 031 513 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Kühlkanalkolbens für eine Brennkraftmaschine, der in seinem Kolbenboden einen Kühlkanal aufweist, wobei sich dem Kolbenboden ein Kolbenunterteil mit Kolbennaben, Bolzenbohrungen und Kolbenschäften anschließt, wobei zunächst ein Kolbenrohling mit einem im Bereich des Kolbenbodens radial abstehenden und umlaufenden Kragen hergestellt wird, wobei der Kragen anschließend geformt wird, wobei vorgesehen ist, dass in einem Übergangsbereich zwischen dem Kolbenboden und dem Kolbenunterteil ein Anlagebereich für den Kragen geformt wird und der Kragen derart umgeformt wird, bis dessen äußere radial umlaufende Kante sehr nah oder vollständig zur Anlage an den Anlagebereich kommt, um einen geschlossenen Kühlkanal zu bilden. Es ist wichtig, den Kühlkanal nahezu vollständig oder sogar vollständig zu schliessen (abgesehen von zumindest je einer Zulauf- und Ablauföffnung), damit kein in dem Kühlkanal während des Betriebes des Kolbens zirkulierendes Kühlmedium verloren geht, sondern für die Wärmeabfuhr zur Verfügung steht. Um bei diesem bekannten Kolben den Kühlkanal vollständig zu verschliessen, muss die umlaufende freie Kante des umgeformten Kragens formschlüssig an dem Anlagebereich oberhalb der Kolbenschäfte zur Anlage kommen. Dies ist im Schmiedebzw. Umformverfahren sehr schwierig zu bewerkstelligen. Daher sieht dieser Stand der Technik auch vor, dass die umlaufende freie Kante des umgeformten Kragens stoffschlüssig an dem Anlagebereich oberhalb der Kolbenschäfte angefügt wird, zum Beispiel durch Verschweissen. Allerdings besteht aufgrund der Verformungen des Kolbenbodens während des Betriebes im Zylinder der Brennkraftmaschine die Gefahr von Rissbildungen im Fügebereich, woraus weitere Nachteile (insbesondere Fortsetzen des Risses in den Kolbengrundkörper) resultieren.
Die DE 10 2008 055 848 A1 betrifft einen Kühlkanalkolben, der einen hinter einem Ringfeld liegenden radial umlaufenden Kühlkanal aufweist, wobei der Kühlkanalkolben aus einem Stahlwerkstoff geschmiedet und der Kühlkanal durch spanabhebende Bearbeitung zwischen einem Oberteil unterhalb des Ringfeldes und einem Unterteil oberhalb von Kolbennaben und Kolbenschäften eingebracht ist, wobei sich der Kühlkanal hinter dem Ringfeld in Richtung einer Oberseite des Oberteiles erstreckt, wobei der Kühlkanalkolben oberhalb seiner Kolbennaben und Kolbenschäfte einen nach außen weisenden Abstützbereich aufweist, wobei zwischen der Unterkante des Ringfeldes und dem Abstützbereich ein Verschlusselement angeordnet und befestigt ist, welches den Kühlkanal nach seiner Herstellung verschließt.
Bei der Konstruktion gemäß DE 10 2008 055 848 A1 bestehen starke Einschränkungen bezüglich der konstruktiven Rahmenbedingungen. Dies gilt insbesondere für das Einbringen der umlaufenden nach unten offenen Nut, die nach ihrer Abdeckung den Kühlkanal bildet. Die Höhe des fertigen Kühlkanales wird sehr stark durch das Werkzeug für das Eindrehen der Nut beschränkt und ist nicht ausreichend für ein zur Kühlung erforderliches Volumen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen Monoblock-Kolben ohne jegliche konstruktive Einschränkungen zu schaffen und ein Verfahren zu seiner Herstellung bereitzustellen.
Hinsichtlich des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Kühlkanalkolbens ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass an einem oberen Bereich der Kolbenschäfte ein Anlagebereich vorgesehen ist und der Kragen derart umgeformt wird, dass dessen äußere umlaufende Kante beabstandet zu dem Anlagebereich weist und einen definierten Spalt bildet, wobei der Spalt anschließend mit einem Verschlusselement verschlossen wird, um einen geschlossenen Kühlkanal zu bilden.
Bei diesem Verfahren wird das Umformen des Kragens von einer bezogen auf die Kolbenhubachse abgewinkelten Position in eine bezogen auf die Kolbenhubachse parallele Position beibehalten, um hinter dem umlaufenden Kragen nach seinem Umformen einen nach unten offenen Hohlraum, der den späteren Kühlkanal des Kolbens bildet, zu formen. Gleichzeitig wird der Kolbenrohling in seinem oberen Bereich der Kolbenschäfte mit einem Anlagebereich versehen, wobei der Anlagebereich so positioniert ist und der Kragen so umgeformt wird, dass zwischen der äußeren umlaufenden nach unten weisenden Stirnseite des umgeformten Kragens und der Oberfläche des Anlagebereiches ein definierter Spalt entsteht. Es kann daran gedacht werden, dass zur Verbesserung des definierten und sich aus der Umformung ergebenden Spaltes die äußere umlaufende Kante des umgeformten Kragens und/oder der Anlagebereich durch Bearbeitung, vorzugsweise durch spananhebende Bearbeitung, auf Maß gebracht wird.
Um den späteren Kühlkanal zu verschließen wird umlaufend in diesen Spalt ein Verschlusselement eingesetzt. Obwohl es nicht grundsätzlich ausgeschlossen ist, dieses Verschlusselement einteilig auszuführen, ist es in vorteilhafter Weise in Weiterbildung der Erfindung zwei- oder mehrteilig ausgebildet. Bevorzugt wird das Verschlusselement aus zwei gleichen Halbschalen gebildet.
Das einteilige, genauso aber auch das zwei- oder mehrteilige Verschlusselement kann prinzipiell mit dem Kolbenrohling dauerhaft verbunden werden. Dies erfolgt beispielsweise durch verklipsen, verpressen, verkleben, verschweißen, verlöten oder dergleichen. Damit ist der Vorteil gegeben, dass sich das Oberteil des Kolbens während des Betriebes im Zylinder der Brennkraftmaschine aufgrund seiner Verformungen auf dem Unterteil, insbesondere den Kolbenschäften, abstützen kann. Ist das Verschlusselement zwei- oder mehrteilig ausgebildet, ist es denkbar, es nicht nur form- und/oder stoffschlüssig an dem Kolbengrundkörper (Kolbenrohling) zu befestigen, sondern dabei seine Stossenden auch form- und/oder stoffschlüssig miteinander zu verbinden (nur einen Teil der Stossenden oder alle) oder seine Stossenden nicht miteinander zu verbinden, sondern nur auf Stoß anliegen zu lassen oder einen Spalt dazwischen zu belassen (wenn sich das zwei- oder mehrteilige Verschlusselement in seiner bestimmungsgemässen Position in dem definierten Spalt befindet).
In der Praxis hat sich jedoch überraschend herausgestellt, dass es aufgrund der Verformungen des Kolbenoberteiles (Kolbenboden) während des Betriebes des Kolbens in der Brennkraftmaschine zu Spannungen und folglich zu Rissen insbesondere im Bereich von Schweiß- bzw. Lötverbindungen zwischen Kolbengrundkörper und Verschlusselement kommt. Um diesem Nachteil zu begegnen ist in einer besonders vorteilhaften Weise vorgesehen, dass das Verschlusselement zwei- oder mehrteilig (vorzugsweise zwei gleiche Halbschalen) ausgebildet ist und dessen Stoßenden miteinander verbunden werden (um ein durchgehendes ringförmiges Verschlusselement zu realisieren), wobei nach dieser Verbindung das Verschlusselement nicht stoffschlüssig mit dem Kolbenrohling verbunden wird. Dadurch können keine Spannungen auf das Verschlusselement übertragen werden und es sind keine stoffschlüssigen Verbindungen wie Schweiß- oder Lötverbindungen von dem Verschlusselement zu dem Kolbengrundkörper erforderlich, um auch im Bereich dieser Verbindungen Risse zu vermeiden.
In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass an dem Anlagebereich (also oberhalb der Kolbenschäfte) und/oder der äußeren umlaufenden Kante des Kragens Begrenzungen für die Anlage des Verschlusselementes vorgesehen werden, insbesondere dann, wenn das Verschlusselement nicht stoffflüssig mit dem Kolbenrohling verbunden wird. Dadurch wird in vorteilhafter Weise nicht nur sichergestellt, dass keine stoffschlüssigen Verbindungen zwischen Verschlusselement und Kolbengrundkörper vorhanden sind, sondern dass das Verschlusselement auch in seiner Sollposition während des Betriebes des Kolbens in der Brennkraftmaschine verbleibt, nachdem dessen Stoßenden zusammengefügt worden sind.
Die gleichen vorstehenden Ausgestaltungen und sich daraus ergebenden Vorteile bezüglich des Verfahrens zur Herstellung eines Kühlkanalkolbens gelten in gleicher Weise für den Kühlkanalkolben selber.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Kühlkanalkolbens, auf das die vorliegende Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, ist im folgenden beschrieben und anhand der Figuren erläutert.
Die Figuren 1 bis 4 zeigen die einzelnen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des Kühlkanalkolbens.
Die Figur 5 zeigt in einer Detailansicht ein in einen Spalt eingesetztes Verschlusselement. Mit der Bezugsziffer 1 ist ein Kolbenrohling dargestellt, der zum Beispiel in einem Gießoder Schmiedeverfahren hergestellt wird. Hierbei kann es sich auch um andere Herstellungsverfahren für einen Kolbenrohling handeln, wie zum Beispiel das Fliess- Press-Verfahren. Das Verfahren, mit dem der Kolbenrohling 1 hergestellt wird, richtet sich im Regelfall nach der Gestaltung des Kolbens und der an dem Kolben gestellten Festigkeitsanforderungen. Der in Figur 1 dargestellte Kolbenrohling 1 weist einen Kolbenboden 2 (Oberteil) auf, wobei von dem Kolbenboden 2 radial umlaufend ein Kragen 3 absteht. An dem Kolbenboden 2 befinden sich nach unten Kolbennaben 4 mit Kolbenschäften und Bolzenbohrungen und ggf. weiteren Elementen, die zusammen ein Kolbenunterteil bilden.
In einem Übergangsbereich zwischen dem Kolbenboden 2 und dem Kolbenunterteil, vorzugsweise an der oberen umlaufenden Kante der Kolbennaben 4, ist ein Anlagebereich 5 (mit gezeigtem Absatz oder auch ohne) vorhanden, der sich, wie schon geschildert, in einem Übergangsbereich 6 zwischen dem Kolbenboden 2 und dem Kolbenunterteil befindet. Dieser Übergangsbereich 6 ist bei dem Kolbenrohling 1 gemäß Figur 1 in etwa als umlaufender Steg ausgebildet, kann bei anderen Kolbenbauformen aber auch andere Geometrien aufweisen. Der Anlagebereich 5 dient zur Bildung eines Spaltes, nachdem er umgeformt worden ist. In diesen Spalt wird später ein Verschlusselement eingesetzt (siehe Figur 3 und 4). Um die Sollposition des Verschlusselementes besser definieren zu können, sind gemäß Figur 2 in dem Anlagebereich 5 ein radial umlaufender Steg 7 oder Teilbereiche eines Steges vorhanden, wobei der Steg 7 zum Beispiel durch spanabhebende Bearbeitung hergestellt werden kann. Diese Ausführungsform ist in Figur 2 gezeigt, wobei auch im Anlagebereich 5 ein einfacher Absatz vorhanden sein kann, an den das Verschlusselement zur Anlage kommen kann, wenn es in den Spalt eingesetzt ist.
Figur 3 zeigt den Kragen 3 nach seiner Umformung, wobei erkennbar ist, dass der äußere radial umlaufende Teil des Kragens 3 um etwa 90° abgewinkelt ist. Durch diese Umformung und die entsprechende Formgebung des Kolbenbodens 2 mit dem dort vorhandenen abstehenden Kragen 3 wird ein radial umlaufender Kühlkanal 8 und ein definierter Spalt 9 gebildet, wobei von besonderer Bedeutung ist, dass die Innenwandung des Übergangsbereiches 6 gerundet in den Kragen 3 übergeht, um die spätere Querschnittsform des Kühlkanales 8 sicherzustellen.
Nachdem der Kolbenrohling 1 gemäß Figur 3 hergestellt worden ist, kann er einer Endbearbeitung unterzogen werden, so dass nach dieser Endbearbeitung der fertige Kühlkanalkolben mit in dem Spalt 9 eingesetzten Verschlusselement 10 zur Verfügung steht, der in Figur 4 mit der Bezugsziffer 1 1 versehen ist. Bei dieser in dem Ausführungsbeispiel gezeigten Bauform des Kühlkanalkolbens 1 1 wird noch im Kolbenboden 2 eine Brennraummulde 12 eingebracht. Im Bereich des Kolbenbodens 2 und damit auch zumindest teilweise im Bereich des umgeformten Kragens 3 werden Ringnuten eines Ringfeldes 13 eingebracht. Bei diesem fertigen Kühlkanalkolben 1 1 sind eine Bolzenbohrung mit der Bezugsziffer 14 und ein Kolbenschaft mit der Bezugsziffer 15 versehen. Ebenso ist für den Austausch von Kühlmedium in den Kühlkanal 8 hinein und wieder hinaus zumindest eine Öffnung 16 (Bohrung) vorgesehen, die parallel zu der Kolbenhubachse 17 in Richtung des Kühlkanales 8 eingebracht worden ist.
Figur 5 zeigt ausschnittsweise den fertigen einstückigen Kühlkanalkolben 1 1 , bei dem in den Spalt 9 das zwei- oder mehrteilige Verschlusselement 10 eingesetzt worden ist. Dieses Verschlusselement 10 ist lediglich an seinen Stossenden zusammengefügt, nicht aber stoffschlüssig mit dem Kolbenrohling 1 (Kolbengrundkörper) verbunden. Es wird also insbesondere nicht an den Kolbenrohling 1 angeschweisst. Der Spalt 9 wird durch das Verschlusselement 10 nach oben und unten (bei Betrachtung der Fig. 4) vollkommen verschlossen oder es kann ein Restspalt verbleiben, wie dies in Figur 4 deutlich zu erkennen ist. Der Steg 7 dient der Begrenzung der Lage des Verschlusselementes 10. Nachdem das Verschlusselement 10 in den Spalt 9 eingesetzt und seine Stossenden zusammengefügt wurden, kann nur anschliessend oder ergänzend zu einer vorhergehenden Bearbeitung des Kolbenrohlings 1 eine Endbearbeitung des Kühlkanalkolbens 1 1 erfolgen. Abschließend sei noch darauf hingewiesen, dass in den Figuren 1 bis 4 der Kolbenrohling 1 bzw. der Kühlkanalkolben 1 1 entlang der Kolbenhubachse 17 in zwei verschiedenen Ansichten (einmal links und einmal rechts von der Kolbenhubachse 17) gezeigt ist.
Monoblockkolben = Kühlkanalkolben
Bezugszeichenliste
1 . Kolbenrohling
2. Kolbenboden
3. Kragen
4. Kolbennaben
5. Anlagebereich
6. Übergangsbereich
7. Steg
8. Kühlkanal
9. Spalt
10. Verschlusselement 1 1 Kühlkanalkolben
12. Brennraummulde
13. Ringfeld
14. Bolzenbohrung
15. Kolbenschaft
16. Bohrung
17. Kolbenhubachse

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1 . Verfahren zur Herstellung eines Kühlkanalkolbens (9) für eine Brennkraftmaschine, der in seinem Kolbenboden (2) einen Kühlkanal (8) aufweist, wobei sich dem Kolbenboden (2) ein Kolbenunterteil mit Kolbennaben (4), Bolzenbohrungen (12) und Kolbenschäften (13) anschliesst, wobei zunächst ein Kolbenrohling (1 ) mit einem im Bereich des Kolbenbodens (2) radial abstehenden und umlaufenden Kragen (3) hergestellt und der Kragen (3) anschliessend umgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass an einem oberen Bereich der Kolbenschäfte (13) ein Anlagebereich (5) vorgesehen ist und der Kragen (3) derart umgeformt wird, dass dessen äussere umlaufende Kante beabstandet zu dem Anlagebereich (5) weist und einen definierten Spalt (9) bildet, wobei der Spalt (9) anschliessend mit einem Verschlusselement (10) verschlossen wird, um einen geschlossenen Kühlkanal (8) zu bilden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der
Kolbenrohling (1 ) in einem Schmiedeverfahren hergestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das
Verschlusselement (10) zwei- oder mehrteilig ausgebildet ist und dessen Stossenden miteinander verbunden werden, nachdem es in seiner Sollposition in dem definierten Spalt (9) angeordnet worden ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das
Verschlusselement (10) nicht stoffschlüssig mit dem Kolbenrohling (1 ) verbunden wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 , 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Anlagebereich (5) und/oder der äusseren umlaufenden Kante des Kragens (3) Begrenzungen für die Anlage des Verschlusselementes (10) vorgesehen werden.
6. Kühlkanalkolben (9) für eine Brennkraftmaschine, der in seinem Kolbenboden (2) einen Kühlkanal (8) aufweist, wobei sich dem Kolbenboden (2) ein Kolbenunterteil mit Kolbennaben (4), Bolzenbohrungen (12) und Kolbenschäften (13) anschliesst, wobei zunächst ein Kolbenrohling (1 ) mit einem im Bereich des Kolbenbodens (2) radial abstehenden und umlaufenden Kragen (3) hergestellt und der Kragen (3) anschliessend umgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass an einem oberen Bereich der Kolbenschäfte (13) ein Anlagebereich (5) vorgesehen ist und der Kragen (3) derart umgeformt ist, dass dessen äussere umlaufende Kante beabstandet zu dem Anlagebereich (5) weist und einen definierten Spalt (9) bildet, wobei der Spalt (9) mit einem Verschlusselement (10) verschlossen ist, um einen geschlossenen Kühlkanal (8) zu bilden.
7. Kühlkanalkolben (9) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das
Verschlusselement (10) zwei- oder mehrteilig ausgebildet ist und dessen Stossenden miteinander verbunden sind, nachdem es in seiner Sollposition in dem definierten Spalt (10) angeordnet worden ist.
8. Kühlkanalkolben (9) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement (10) nicht stoffschlüssig mit dem Kolbenrohling (1 ) verbunden ist.
9. Kühlkanalkolben (9) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das an dem Anlagebereich (5) und/oder der äusseren umlaufenden Kante des Kragens (3) Begrenzungen für die Anlage des Verschlusselementes (10) vorgesehen sind.
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