Die DE 40 40 611 C2 (Jet-Kolbenkühlung) und die DE 44 38 703 Al (Leichtmetall- kolben mit Kühlkanal für Verbrennungsmotoren) beschreiben eine Kolbenkühlung, bei der sich im Körper des Kolbens ein Hohlraum als Kühlraum befindet. Ein zusätzliches Element ist nicht notwendig, allerdings ist damit eine nicht einfache und ökonomische Realisierung eines Hohlraumes im Körper des Kolbens gegeben.

In der DE 41 31 275 C2 (Gebauter flüssigkeitsgekühlter Kolben) wird ein kühlbarer Kolben beschrieben, der aus mehreren Teilen besteht und montiert ist. Die Teile besitzen kühlkanalbildende Ausnehmungen und sind über Verbindungselemente, wie Schrauben- verbindungen, miteinander verbunden. Die Herstellung der Kolben ist mit Montage- arbeiten verbunden und durch die Anwendung kraftschlüssiger Verbindungen sind höhere Aufwendungen für die Dichtheit der Kühlkanäle notwendig. In DE 42 08 037 Al (Mehrteiliger, gekühlter Kolben für Verbrennungsmotoren) wird der Kühlkanal aus einer durch eine zweigeteilte Tellerfeder abgeschlossenen Nut im Kolbenkörper gebildet. Die Dichtheit soll dabei über die Tellerfeder sichergestellt werden, wobei wiederum erhöhte konstruktive Aufwendungen notwendig sind.

In der DE 197 01 085 A1 (Verfahren und Anordnung zum Herstellen eines Ringträger- kolbens) wird ein Kühlkanal hinter einem Ringträger ausgebildet. Dazu ist ein Kern zur Bildung des Kühlkanals in die Gießform eingebracht, der nach außen durch das Ein- bringen des Ringträgers abgeschlossen ist. Damit sind wiederum erhöhte Aufwendungen für die Dichtheit des Kühlkanals notwendig.

Schließlich wird in der DE 199 33 036 AI (Kühlkanalkolben für eine Verbrennungs-

kraftmaschine) ein Kühlkanal aus einem Ringträgerbauteil mit zwei Nuten und dem Kolben selbst ausgebildet. Das Ringträgerbauteil muss wiederum dicht mit dem Kolben verbunden sein, damit kein Kühlmittel in den Verbrennungsraum gelangen kann.

Der in den Patentansprüchen 1 und 7 angegebenen Erfindung liegt das Problem zu- grunde, dichte kühlbare Ringträger für innengekühlte Kolbenringe mit hoher Qualität ökonomisch günstig herzustellen.

Dieses Problem wird mit den in den Patentansprüchen 1 und 7 aufgeführten Merkmalen gelöst.

Die kühlbaren Ringträger für innengekühlte Kolbenringe bestehend aus einem als Kreisring ausgeführten Ringkörper und einem Kühlkanalblech, wobei das Kühlkanalblech ein Bestandteil des Kühlkanals ist, und deren Verfahren zur Herstellung zeichnen sich insbesondere durch eine einfache Handhabbarkeit aus. Die Bestandteile in Form des Ringkörpers und des Kühlkanalbleches werden mittels Laserstrahlen wenigstens eines Lasers im cw-Betrieb miteinander verbunden. Das Kühlkanalblech ist U-förmig ausge- bildet und weist mehrere Öffnungen vorteilhafterweise in wenigstens einem Schenkel auf.

Diese Öffnungen dienen in Verbindung mit rohrförmigen Körpern dem Ein-oder Austritt des Kühlmittels. Ein weiterer Vorteil besteht durch die Öffnungen dadurch, dass durch unterschiedliche Temperaturen der Luft während des Schweißens hervorgerufene Volumenschwankungen weitestgehend nicht zu Rissen oder Spalten der/des sich abkühlenden Schweißnaht, Ringkörpers und/oder Kühlkanalbleches führen. Die unter- schiedlichen Luftdrücke können sich durch die Öffnungen mit der Umgebung aus- gleichen.

Wenigstens eine Kante des Ringkörpers und das Kühlkanalblech bilden durch die Verbindung der Endenbereiche der Schenkel des Kühlkanalbleches mit dieser Kante des Ringkörpers einen Hohlraum für das Kühlmittel. Damit ist eine sehr einfache und

ökonomische Realisierung des kühlbaren Ringträgers für innengekühlte Kolbenringe gegeben.

Die Verbindungen des Ringkörpers und des Kühlkanalbleches erfolgen über mehrere Schweißnähte, so dass eine dichte Verbindung zwischen diesen beiden Bestandteilen gewährleistet wird. Die Laserstrahlen werden dazu mit einem Versatz in Richtung der jeweils größten Materialmenge geführt, so dass unterschiedliche Wärmeleitfähigkeiten der Bestandteile bei der Ausbildung der jeweiligen Schweißnaht ausgeglichen werden.

Weiterhin ist der Verfahrweg des kühlbaren Ringträgers oder der Laserstrahlen gegen- über dem kühlbaren Ringträger größer 360°. Damit wird die sich noch nicht vollständig ausbildende Schweißnaht während der Aufwärmphase nach dem Einschalten des Lasers nach dessen Positionierung bei gleichzeitiger Bewegung des kühlbaren Ringträgers oder der Laserstrahlen gegenüber dem kühlbaren Ringträger ausgeglichen. Eine ansonsten am Anfang notwendige größere Leistung wird vermieden, so dass gleichzeitig eine dadurch hervorgerufene Gefahr eines Durchbrennens mit daraus sich ergebenden Löchern weitestgehend vermieden wird.

Ein weiterer Vorteil besteht durch das Anbringen der rohrförmigen Körper. Diese stellen Leitungen des Kühlmittels dar. Ansonsten wird der Kühlkanal nach dem Gießen des Kolbens angebohrt. Das Bohren ist ein spanendes Verfahren, wobei auch Späne in den Kühlkanal gelangen können. Dadurch müssen die Kühlkanäle derartig hergestellter Kolben gespült werden. Das ist bei den erfindungsgemäßen Ringträgern nicht mehr notwendig, so dass sehr günstige ökonomische Bedingungen vorhanden sind. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die rohrförmigen Körper gleichzeitig als Halterungen des Ringträgers in der Form zum Gießen des Kolbens dienen können. Damit ist eine handhabbare und feste Funktionseinheit gegeben, die in die Gießform des Kolbens platzierbar ist. Die rohrförmigen Körper enden außerhalb des Kolbens, so dass die dadurch vorhandenen Kühlkanäle frei zugänglich sind. Dazu weisen die rohrförmigen Körper in Richtung der Kurbelwelle, so dass Ein-und Austritte der Kühlflüssigkeit für die kühlbaren Ringträger leicht zugänglich sind. Damit ergibt sich eine sehr vorteilhafte Herstellung von Kolben mit kühlbaren Ringträgern. Ein weiterer Vorteil besteht mit den rohrförmigen Körpern darin, dass auch beim Gießen des Kolbens mit den kühlbaren Ringträger Volumenschwankungen ausgleichbar sind. Dadurch hervorgerufene Risse

oder Poren werden weitestgehend vermieden.

Ein weiterer Vorteil der kühlbaren Ringträger besteht darin, dass diese vor dem Gießen des Kolbens auf Dichtheit geprüft werden können, so dass nur dichte kühlbare Ring- träger bei der Herstellung des Kolbens eingesetzt werden können. Resultat sind dichte Kolben.

Die Öffnungen verschließende plattenförmige Körper ergeben einen abgeschlossenen Hohlraum als Kühlkanal. Dadurch sind bekannte kühlbare Ringträger vorhanden, bei denen in den Kolben und den Kühlkanal eingebrachte Bohrungen die Kühlkanäle bilden.

In diese Bohrungen können natürlich auch rohrförmige Körper als Kühlkanäle einge- bracht werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 6 und 8 bis 11 angegeben.

Mehrere kühlbare Ringträger, die symmetrisch und parallel zueinander angeordnet und die mittels mehrerer dazwischen angeordneter und nach außen weisender rohrförmiger Körper versehen sind, nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 3 stellt eine kompakte Bauform dar. Diese kann leicht in der Form des Kolbens platziert werden, so dass sich eine einfache und sehr ökonomische Realisierung des Kolbens mit kühlbaren Ringträgern ergibt. Ein weiterer Vorteil besteht mit der Möglichkeit der Prüfung auf Dichtheit der Baugruppe. Die Qualität derartiger Kolben steigt wesentlich.

Eine Anordnung der Endenbereiche der rohrförmigen Körper im Kühlkanal nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 3 führt zu einer Düsenwirkung. Das Kühlmittel tritt gerichtet ein und verwirbelt im Kühlkanal, so dass die Kühlwirkung steigt. Dieser Bereich des rohrförmigen Körpers kann auch in Richtung dessen Ende im Querschnitt dis-oder kontinuierlich abnehmen, so dass unter der Voraussetzung eines gleichen Druckes eine wesentlich größere Fließgeschwindigkeit des Kühlmittels erreicht wird. Die Verwirbelung des Kühlmittels im Kühlkanal wird wesentlich erhöht.

Günstige Realisierungen der Verbindungen zwischen den Schenkeln des Kühlkanal- bleches und des Ringkörpers sind durch die Weiterbildungen der Patentansprüche 4,5, 8 und 9 gegeben, wobei diese Verbindung durch mehrere Schweißnähte ausgebildet ist.

Die äußere oder die äußeren Schweißnähte sind Überlappungen, so dass dichte Verbin- dungen herstellbar sind. Risse oder Spalten durch Ausgasen von Stoffen des Kühlkanal- bleches und des Ringkörpers werden überdeckt.

Bei den Weiterbildungen der Patentansprüche 5 und 9 werden vorteilhafterweise neben der die Bestandteile verbindenden ersten Schweißnaht in Richtung Ringkörper zwei weitere sich überlappende und in Richtung des Kühlkanalbleches eine die erste Schweiß- naht überlappende Schweißnaht aufgebracht. Diese dienen der Abdeckung sich aus- bildender Risse und Spalten im Ringkörper und dem Kühlkanalblech, so dass ein dichter Kühlkanal realisiert wird. Diese Risse und Spalten entstehen durch Ausgasen des Ringkörpers.

Die Platzierungen der Anfangsbereiche und der Endbereiche der Schweißnähte an verschiedenen Stellen des jeweiligen Kreisbogens der einzelnen Schweißnähte nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 6 gewährleisten dichte Verbindungen des Kühl- kanalbleches und des Ringkörpers.

Günstige Mengen von zugeführten Metallpulver je Schweißnaht sind nach der Weiter- bildung des Patentanspruchs 10 folgende : Menge für die zweite Schweißnaht kleiner als die Menge für die erste Schweißnaht, Menge für die dritte Schweißnaht kleiner als die Menge für die zweite Schweißnaht und Menge für die vierte Schweißnaht gleich oder annähernd gleich der Menge für die zweite Schweißnaht.

Die geringeren Mengen der Schweißnähte zwei bis vier dienen dem Überdecken von Rissen und/oder Spalten, die durch Ausgasen entstehen. Geringere Mengen mit äquivalent geringeren Leistungen führen zu einem kleineren Aufschmelzen des jeweiligen Stoffes, so dass ein Ausgasen von Bestandteilen dieser Stoffe verringert wird.

Günstige Parameter sind nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 11 Leistungen größer/gleich 900 W und kleiner/gleich 1800 W bei Vorschubgeschwindigkeiten gleich/größer 20 mm/s und kleiner/gleich 100 mm/s. Dadurch werden die zu schweißenden Bereiche des Ringkörpers und des Kühlkanalbleches so aufgeschmolzen, dass eine dichte Verbindung gegeben ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen : Fig. 1 eine prinzipielle Darstellung eines kühlbaren Ringträgers für innengekühlte Kolbenringe mit Öffnungen für rohrförmige Körper, Fig. 2 eine prinzipielle Schnittdarstellung eines kühlbaren Ringträgers für innenge- kühlte Kolbenringe mit einer Öffnung und einem rohrförmigen Körper, Fig. 3 eine prinzipielle Schnittdarstellung mehrerer über einen rohrförmigen Körper miteinander verbundener kühlbarer Ringträger und Fig. 4 eine Schnittdarstellung einer Verbindungsstelle zwischen einem Endenbereich eines Schenkels des Kühlkanalbleches und dem Ringkörper.

Nachfolgend werden kühlbare Ringträger 1 für innengekühlte Kolbenringe und Verfahren zu deren Herstellung jeweils zusammen näher erläutert.

1. Ausführungsbeispiel Ein kühlbarer Ringträger 1 (Darstellung in der Fig. 1) für innengekühlte Kolbenringe besteht im Wesentlichen aus einem Ringkörper 2 und einem Kühlkanalblech 3. Das Kühlkanalblech 3 ist kreisringförmig ausgebildet, besitzt im Querschnitt überwiegend ein U-Form. Das Kühlkanalbleches 3 weist Öffnungen 6 auf, wobei sich diese vorteilhafter- weise in einem Schenkel befinden. Das Kühlkanalblech 3 befindet sich im Innenraum des Ringkörpers 2. Die Endenbereiche der Schenkel des Kühlkanalbleches 3 sind mit wenigstens einer Kante des Ringkörpers 2 so verbunden, dass die Innenfläche des Kühlkanalbleches 3 und die Kante des Ringkörpers 2 einen ringförmigen Hohlraum 5

begrenzen. Dieser Hohlraum 5 ist der Kühlkanal für ein Kühlmittel, das durch diesen Kühlkanal strömt. Dazu sind rohrförmige Körper 7 mit dem Kühlkanalblech 3 ver- bunden. In der Fig. 2 ist prinzipiell ein Querschnitt eines kühlbaren Ringträgers 1 ein- schließlich eines rohrförmigen Körpers 7 dargestellt. Das Kühlkanalblech 3 und der Ringkörper 2 sind mittels Schweißnähten 4 miteinander fest und dicht verbunden. Zur Anwendung kommt ein Nd : YAG- oder Hochleistungsdiodenlaser im cw-Betrieb (cw- continous wave, zeitlich konstante Strahlung) mit einer Leistung von größer/gleich 900 W und kleiner/gleich 1800 W. Die Verbindung eines Schenkels des Kühlkanal- bleches 3 mit dem Ringkörper 2 besteht aus wenigstens einer Schweißnaht 4. Dabei wird während des Schweißens ein Metallpulver als Zusatzwerkstoff unter Schutzgas zugeführt.

Die Schweißnaht entsteht durch Führung von Laserstrahlen überwiegend oder voll- ständig auf dem Ringkörper 2 durch teilweises Aufschmelzen des Ringkörpers 2, teil- weises Aufschmelzen des Kühlkanalbleches 3 und Aufschmelzen des aufgebrachten Metallpulvers.

Nach der Positionierung des Anfangsbereiches der Verbindungsstelle zwischen dem Ringkörper 2 und dem Kühlkanalblech 3 wird der Laser eingeschalten. Damit ergeben sich bei gleichzeitigem Start der Bewegung des Ringkörpers 2 einschließlich des Kühlkanalblechcs 3 gegenüber den Laserstrahlen, oder in einer Ausführungsform der Bewegung der Laserstrahlen gegenüber dem Ringkörper 2 einschließlich des Kühlkanal- bleches 3, durch die damit verbundene Einschaltverzögerung der Laserstrahlen sich nicht vollständig ausbildende Schweißnähte 4 in diesem Bereich.

Der Verfahrweg des kühlbaren Ringträgers 1 oder der Laserstrahlen ist deshalb jeweils größer 360°, wobei sich die Anfänge und die Enden der Schweißnähte 4 an unterschied- lichen Stellen befinden. Die Vorschubgeschwindigkeit des Ringträgers 2 einschließlich des Kühlkanalbleches 3 ist gleich/größer 20 mm/s und kleiner/gleich 100 mm/s.

Jeweils ein rohrförmiger Körper 7 ist an oder in der Öffnung 6 angeordnet und über wenigstens eine weitere mit Laserstrahlen des Lasers erzeugte fünfte Schweißnaht 8 so mit dem Schenkel des Kühlkanalbleches 3 verbunden, dass der Kühlkanal und der Innenraum des rohrförmigen Körpers 7 einen gemeinsamen Hohlraum bilden. Der Endenbereich des rohrförmigen Körpers 7 ragt dabei vorteilhafterweise in den Kühlkanal

ein. Damit ist der Hohlraum 5 als Kühlkanal eines kühlbaren Ringträgers 1 über rohr- förmige Körper 7 zugänglich. Die rohrförmigen Körper 7 dienen der Führung des Kühlmittels.

2. Ausführungsbeispiel Ein kühlbarer Ringträger 1 (Darstellung in der Fig. 1) für innengekühlte Kolbenringe besteht im Wesentlichen aus einem Ringkörper 2 und einem Kühlkanalblech 3. Der Ringkörper 2 ist zum Beispiel ein Gusskörper z. B. ein austenitischer Guss als A-Grafit oder E-Grafit. Das Kühlkanalblech 3 ist kreisringförmig ausgebildet, besitzt im Quer- schnitt überwiegend ein U-Form und besteht zum Beispiel aus einem Edelstahl.

Wenigstens ein Schenkel des Kühlkanalbleches 3 weist Öffnungen 6 auf. Das Kühlkanal- blech 3 befindet sich im Innenraum des Ringkörpers 2. Die Endenbereiche der Schenkel des Kühlkanalbleches 3 sind mit wenigstens einer Kante des Ringkörpers 2 so verbunden, dass die Innenfläche des Kühlkanalbleches 3 und die Kante des Ringkörpers 2 einen ringförmigen Hohlraum 5 begrenzen. Dieser Hohlraum 5 ist der Kühlkanal für ein Kühl- mittel, das durch diesen Kühlkanal strömt. Dazu sind rohrförmige Körper 7 mit dem Kühlkanalblech 3 verbunden. In der Fig. 2 ist prinzipiell ein Querschnitt eines kühlbaren Ringträgers 1 einschließlich eines rohrförmigen Körpers 7 dargestellt. Das Kühlkanal- blech 3 und der Ringkörper 2 sind mittels Schweißnähten 4 miteinander fest und dicht verbunden. Zur Anwendung kommt ein Nd : YAG- oder Hochleistungsdiodenlaser im cw- Betrieb (cw-continous wave, zeitlich konstante Strahlung) mit einer Leistung von größer/gleich 900 W und kleiner/gleich 1800 W. Die Verbindung eines Schenkels des Kühlkanalbleches 3 mit dem Ringkörper 2 besteht aus vier Schweißnähten 4a, 4b, 4c, 4d.

Dabei wird während des Schweißens zum Beispiel ein Edelstahlpulver als Zusatzwerk- stoffunter Schutzgas zugeführt.

Die erste Schweißnaht 4a entsteht durch Führung von Laserstrahlen überwiegend oder vollständig auf dem Ringkörper 2 durch teilweises Aufschmelzen des Ringkörpers 2, teilweises Aufschmelzen des Kühlkanalbleches 3 und Aufschmelzen des aufgebrachten Edelstahlpulvers. Die zweite Schweißnaht 4b wird durch Führung von Laserstrahlen entlang der Verbindung zwischen Ringkörper 2 und erster Schweißnaht 4a durch teilweises Aufschmelzen des Ringkörpers 2, teilweises Aufschmelzen der ersten

Schweißnaht 4a und Aufschmelzen des aufgebrachten Edelstahlpulvers aufgebracht. Die dritte Schweißnaht 4c entsteht durch Führung von Laserstrahlen entlang der Verbindung zwischen Kühlkanalblech 3 und erster Schweißnaht 4a und überwiegend oder vollständig auf der ersten Schweißnaht 4a durch teilweises Aufschmelzen des Kühlkanalbleches 3, teilweises Aufschmelzen der ersten Schweißnaht 4a und Aufschmelzen des Edelstahl- pulvers. Die vierte Schweißnaht 4d wird durch Führung von Laserstrahlen entlang der Verbindung zwischen Ringkörper 2 und zweiter Schweißnaht 4b und überwiegend oder vollständig auf der zweiten Schweißnaht 4b durch teilweises Aufschmelzen des Ring- körpers 2, teilweises Aufschmelzen der zweiten Schweißnaht 4b und Aufschmelzen des Edelstahlpulvers erzeugt. Die Fig. 4 zeigt eine Schnittdarstellung einer Verbindungsstelle zwischen einem Endenbereich eines Schenkels des Kühlkanalbleches 3 und dem Ring- körper 2. Die Mengen zugeführten Edelstahlpulvers je Schweißnaht 4 sind dabei vor- teilhafterweise und als Beispiel wie folgt : - Menge der ersten Schweißnaht 4a gleich 100 %, - Menge der zweiten Schweißnaht 4b gleich 60 % der ersten Schweißnaht 4a, - Menge der dritten Schweißnaht 4c gleich 30 % der ersten Schweißnaht 4a und - Menge der vierten Schweißnaht 4d gleich 60 % der ersten Schweißnaht 4a.

Die Versätze der Laserstrahlen sind dabei zum Beispiel größer/gleich 0,1 mm und kleiner/gleich 0,2 mm. Nach der Positionierung des Anfangsbereiches der Verbindungs- stelle zwischen dem Ringkörper 2 und dem Kühlkanalblech 3 wird der Laser einge- schalten. Damit ergeben sich bei gleichzeitigem Start der Bewegung des Ringkörpers 2 einschließlich des Kühlkanalbleches 3 gegenüber den Laserstrahlen, oder in einer Ausführungsform der Bewegung der Laserstrahlen gegenüber dem Ringkörper 2 einschließlich des Kühlkanalbleches 3, durch die damit verbundene Einschaltverzögerung der Laserstrahlen sich nicht vollständig ausbildende Schweißnähte 4 in diesem Bereich.

Der Verfahrweg des kühlbaren Ringträgers 1 oder der Laserstrahlen ist deshalb jeweils größer 360°, wobei sich die Anfänge und die Enden der Schweißnähte 4 an unterschied- lichen Stellen befinden. Die Vorschubgeschwindigkeit des Ringträgers 2 einschließlich des Kühlkanalbleches 3 ist gleich/größer 20 mm/s und kleiner/gleich 100 mm/s.

Jeweils ein rohrförmiger Körper 7 ist an oder in der Öffnung 6 angeordnet und über wenigstens eine weitere mit Laserstrahlen des Lasers erzeugte fünfte Schweißnaht 8 so

mit dem Schenkel des Kühlkanalbleches 3 verbunden, dass der Kühlkanal und der Innenraum des rohrförmigen Körpers 7 einen gemeinsamen Hohlraum bilden. Der Endenbereich des rohrförmigen Körpers 7 ragt dabei vorteilhafterweise in den Kühlkanal ein. Damit ist der Hohlraum 5 als Kühlkanal eines kühlbaren Ringträgers 1 über rohrförmige Körper 7 zugänglich. Die rohrförmigen Körper 7 dienen der Führung des Kühlmittels.

In einer weiteren Ausführungsform der Ausführungsbeispiele können mehrere kühlbare Ringträger 1 übereinander so angeordnet sein, dass diese eine gemeinsame Symmetrie- achse besitzen (Darstellung in der Fig. 3). Die Verbindung der Hohlräume 5 der kühl- baren Ringträger 1 erfolgt über rohrförmige Körper 7 zwischen den kühlbaren Ring- trägern l. Dabei ergibt sich eine kompakte Einheit, die leicht in einer Gussform für den Kolben platziert werden kann. Der in Richtung Kurbelwelle weisende äußere kühlbare Ringträger 1 besitzt nach außen weisende und endende rohrförmige Körper 7, die der Führung des Kühlmittels zu oder von den kühlbaren Ringträgern 1 dienen.