TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung betrifft einen Stahl- oder Aluminiumkolben für einen Verbrennungsmotor sowie ein Verfahren zur Herstellung zumindest eines Teils eines Stahl- oder Aluminiumkolbens für einen Verbrennungsmotor.

Kolben von Verbrennungsmotoren begrenzen den Brennraum und sind infolge dessen sowohl sehr hohen Temperaturen als auch mechanischen Belastungen ausgesetzt. Um die Wärme aus dem Kolben abzuführen sind in dem Kolben üblicherweise ein oder mehrere, zumeist ringförmige Kühlkanale ausgebildet, in die Kühlöl eingespritzt wird, das Wärme aufnimmt und den

Kühlkanal an anderer Stelle wieder verläset.

STAND DER TECHNIK

In diesem Zusammenhang beschreibt beispielsweise die

WO 2014/059221 A1 einen Kühlkanal, in den Rippen hineinragen.

Ferner geht aus der DE 10 2010 046 468 A1, DE 10 2013 205 244 A1 und DE 10 2006 049 216 A1 jeweils ein generatives

Herstellverfahren unter Verwendung eines Metallpulvers hervor.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Stahl- oder Aluminiumkolben für einen

Verbrennungsmotor zu schaffen, der eine verbesserte

Kühlkanalgestaltung aufweist und effizient hergestellt werden kann. Ferner soll ein entsprechendes Herstellungsverfahren vorgestellt werden.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt zum einen durch den in Anspruch 1 beschriebenen Kolben mit zumindest einem

Kühlkanal, in dem sich sowohl in im Wesentlichen

Kolbenachsrichtung als auch in im Wesentlichen radialer

Richtung Zapfen erstrecken. Derartige Zapfen, die auch als Noppen oder an ihrem Fuß und/oder an ihrer Spitze

abgerundete, vorstehende Zylinder beschrieben werden können, erhöhen in vorteilhafter Weise die wärmeübertragende

Oberfläche und können darüber hinaus zur Stabilisierung des Kolbens in dem Kühlkanal genutzt werden. Die Ausbildung derartiger, im Wesentlichen senkrecht zueinander verlaufender Zapfen ist durch die erfindungsgemäße Verwendung eines additiven oder generativen FertigungsVerfahrens möglich und führt zu den bereits beschriebenen Vorteilen.

Zu den vorangehend und nachfolgend beschriebenen Zapfen sei erwähnt, dass sie lediglich als Beispiel für eine Struktur dienen sollen, die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens herstellbar ist, während dies mit konventionellen

Fertigungsverfahren nicht oder nur mit erheblich höheren Kosten möglich ist. Alternativ oder zusätzlich zu den Zapfen sind beispielsweise Wellen, Verdickungen und/oder

Verjüngungen möglich. Die Wellen betreffen bevorzugt die obere und/oder untere Begrenzung des Kühlkanals. Verdickungen bedeuten bevorzugt Querschnittsvergrößerungen oder

-erweiterungen des Kühlkanals, die bevorzugt stellenweise vorgesehen sein können. Entsprechendes gilt für die

Verjüngungen des Querschnitts des Kühlkanals.

Bevorzugt wird derzeit, dass sich die in Kolbenachsrichtung und in radialer Richtung erstreckenden Zapfen kreuzen, so dass im Wesentlichen eine kreuzförmige Gestaltung entsteht. Hierbei kreuzen sich bevorzugt auch die Mittelachsen der Zapfen. Ferner erstrecken sich die in radialer Richtung verlaufenden Zapfen bevorzugt von einer Kühlkanalbegrenzung zur anderen. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise eine Abstützung in radialer Richtung erfolgen. Für die in Kolbenachsrichtung verlaufenden Zapfen wird bevorzugt, dass sie sich von dem Boden des Kühlkanals, der weiter von dem Kolbenboden entfernt ist, als die Oberseite des Kühlkanals, erstrecken, jedoch die Oberseite des Kühlkanals nicht erreichen.

Die Lösung der oben genannten Aufgabe erfolgt ferner durch das im Anspruch 7 beschriebene Verfahren.

Demzufolge wird zumindest ein Teil eines Stahl- oder

Aluminiumkolbens für einen Verbrennungsmotor mittels eines additiven oder generativen Fertigungsverfahren hergestellt. Als Beispiele seien bereits an dieser Stelle 3D-Druck-, selektive Metall-Laserschmelz- und -sinterverfahren genannt. Des Weiteren darf auf den oben diesbezüglich genannten Stand der Technik sowie auf DE112005002040 B4, DE102004042775 B4, DE102010026000 A1, US7942987 B2, EP1163999 Bl, US6504127 Bl, DE102004008122 B4, DE102006038858 A1, US5387380 A und

US6676892 B2 verwiesen werden, deren Offenbarung zum

Gegenstand der Anmeldung gemacht wird.

Es sei erwähnt, dass mittels des erfindungsgemäßen additiven oder generativen Fertigungsverfahrene ein Kolbenrohling oder ein Teil davon hergestellt wird, der/das gegebenenfalls nach dem Verbinden mit weiteren Teilen des Kolbens, in gewohnter Weise fertigbearbeitet wird. Unter einem AluminiumkoIben wird auch ein Kolben aus einer Aluminiumlegierung verstanden.

Additive oder generative Fertigungsverfahren werden im Rahmen der Erfindung zur Herstellung von Kolben für

Verbrennungsmotoren vorgeschlagen und bieten den wesentlichen Vorteil, dass bislang nicht herstellbare Formen erzeugt werden können. Dies kann, wie nachfolgend genauer ausgeführt, beispielsweise im Rahmen der Gestalt der Kühlkanalgeometrie dadurch genutzt werden, dase im Wesentlichen frei gestaltbar die Wärme abgebende Oberfläche vergrößert wird, so dass der Wärmeübergang zu dem Kühlöl verbessert, und die wärmeabfuhr aus dem Kolben ebenfalls verbessert wird. Somit Bind

Kühlkanalformen effizient herstellbar, die bislang aufgrund ihrer Komplexität nur schwer oder mit unverhältnismäßig hohem Aufwand und/oder Kosten durch Gießen und/oder durch

mechanische Bearbeitung herstellbar waren. Beim Gießen betrifft dies beispielsweise solche Formen des Kühlkanals, die beispielsweise Hinterschnitte aufweisen, so dass die notwendigen, verlorenen Sand- oder Salzkerne eine

entsprechende Form aufweisen müssen, deren Herstellung bereits mit erhöhtem Aufwand und/oder Kosten verbunden ist.

Dementsprechend wird im Rahmen der Erfindung bevorzugt, dass der- oder dasjenige Teil des Stahl- oder Aluminiumkolbens, der oder das zumindest teilweise den Kühlkanal bildet, mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wird. Dieses kann beispielsweise auf das oder den andere(n) Teil des Kolbens aufgesetzt und mit diesem durch Reib- oder

Induktionsschweißen verbunden werden. Sofern ein additives oder generatives Fertigungsverfahren mit höheren Kosten verbunden ist, können diese somit auf ein Teil des

erfindungsgemäßen Stahl- oder Aluminiumkolbens beschränkt werden. Alternativ können die Kosten für die beschriebenen Verfahren zum Verbinden von Teilen eines Kolbens eingespart werden, wenn, wie im Rahmen der Erfindung bevorzugt, auf einen konventionell gefertigten, beispielsweise geschmiedeten oder gegossenen Kolben mittels des erfindungsgemäßen, additiven oder generativen Fertigungsverfahrens aufgebaut wird.

Bevorzugt wird in diesem Zusammenhang ferner, dass

unterschiedliche Teile des Stahl- oder Aluminiumkolbens aus unterschiedlichen Stahl- bzw. Aluminiumwerkstoffen gefertigt werden, so dass die Eigenschaften des jeweiligen Teiles an die daran gestellten Anforderungen angepasst werden können. Dies betrifft beispielsweise die Festigkeit, die

Zunderbeständigkeit, die Wärmeleitfähigkeit und dergleichen. In vorteilhafter Weise kann für den oder das jeweilige Teil ein Werkstoff gewählt werden, der die daran gestellten

Anforderungen besonders gut erfüllt, so dass insgesamt ein verbesserter Kolben hergestellt werden kann.

Sämtliche vorangehend und nachfolgend im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Merkmale sind auf den erfindungsgemäSen Stahl- oder Aluminiumkolben anwendbar und umgekehrt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert .

Die Figur zeigt einen Schnitt durch einen Bereich des erfindungsgemäßen Stahl- oder Aluminiumkolbens, der einen Kühlkanal aufweist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG EINES BEVORZUGTEN AUSFUHRUNGSBEISPIELS DER ERFINDUNG

Wie in der Figur zu erkennen ist, weist der erfindungsgemäße Kolben einen Kolbenboden 10 auf, der den Brennraum begrenzt, und in dem eine Brennraummulde 12 ausgebildet ist. Unterhalb des Kolbenbodens 10 befinden sich Kolbenringnuten 12 sowie ein im Wesentlichen ringförmiger Kühlkanal 1 .

Erfindungsgemäß sind in dem Kühlkanal 14 zum einen Zapfen 16 ausgebildet, die im Wesentlichen in Richtung der Kolbenachse (in der Figur vertikal) verlaufen, und in dem gezeigten Fall sowohl an ihrem Obergang zum Boden 18 des Kühlkanals 14 als auch an ihrem oberen, freien Ende 20 verrundet sind. In dem gezeigten Fall weisen die im Wesentlichen zylindrischen Zapfen einen Durchmesser auf, der in etwa einem Drittel der Breite des Kühlkanals 14 (in radialer Richtung gemessen) entspricht. Ferner sind sie bei dem gezeigten Beispiel an dem Boden 18 ausgebildet und erstrecken sich nicht bis zur

Oberseite des Kuhlkanals 14.

Im Wesentlichen in radialer Richtung sind weitere Zapfen 22 vorgesehen, die zusammen mit den sich in Achsrichtung

erstreckenden Zapfen 16 eine kreuzförmige Gestalt bilden, und sich im gezeigten Fall von der einen seitlichen Begrenzung des Kühlkanals 14 zur anderen erstrecken. Im Bereich des Übergangs zu den genannten Begrenzungen sind die Zapfen 22 verrundet. Dies gilt in gleicher Weise für den Übergang zu den in Kolbenacherichtung verlaufenden Zapfen 16. Wenngleich dies in der Figur nicht dargestellt ist, könnte

beispielsweise der- oder dasjenige Teil des Kolbens, das den in der Figur gezeigten Bereich mit vergleichsweise komplexen Gestaltungen aufweist, mittels eines additiven oder

generativen Fertigungsverfahren hergestellt werden und mit einem zweiten Teil, das in anderer Weise hergestellt sein kann, verbunden werden.