DE102018007215A1

DE102018007215A1 - Piston for an internal combustion engine, in particular of a motor vehicle, and method for producing such a piston

Info

Publication number: DE102018007215A1
Application number: DE102018007215.1A
Authority: DE
Inventors: Frank Etzler; Tobias Frank; Bernd Schietinger
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2018-09-04
Filing date: 2018-09-04
Publication date: 2019-04-18

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kolben (10) für einen Verbrennungsmotor, mit zumindest einem Oberteil (14), welches eine Verbrennungsmulde (16) aufweist, und mit zumindest einem in axialer Richtung (12) des Kolbens (10) auf das Oberteil (14) folgende Unterteil (18), welches zumindest eine Nabe (20) zur Aufnahme eines Kolbenbolzens umfasst, wobei das Oberteil (14) zumindest teilweise additiv gefertigt ist.

The invention relates to a piston (10) for an internal combustion engine, having at least one upper part (14) which has a combustion recess (16) and having at least one in the axial direction (12) of the piston (10) on the upper part (14) Lower part (18), which comprises at least one hub (20) for receiving a piston pin, wherein the upper part (14) is made at least partially additive.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolben für einen Verbrennungsmotor, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kolbens.The invention relates to a piston for an internal combustion engine, in particular for a motor vehicle, according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a method for producing such a piston.

Ein solcher Kolben für einen Verbrennungsmotor, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, ist beispielsweise bereits der WO 2012/069103 A1 als bekannt zu entnehmen. Der Kolben weist zumindest ein Oberteil auf, welches eine Verbrennungsmulde aufweist beziehungsweise begrenzt oder bildet. Außerdem umfasst der Kolben zumindest ein in axialer Richtung des Kolbens auf das Oberteil folgendes Unterteil, welches zumindest eine Nabe zur zumindest teilweisen Aufnahme eines Kolbenbolzens aufweist.Such a piston for an internal combustion engine, in particular a motor vehicle, for example, is already the WO 2012/069103 A1 to be known as known. The piston has at least one upper part, which has a combustion recess or limits or forms. In addition, the piston comprises at least one in the axial direction of the piston on the upper part following lower part, which has at least one hub for at least partially receiving a piston pin.

Die DE 103 38 568 B4 offenbart das Fügen von Kolbenteilen durch Reibschweißen, Laserschweißen oder Hartlöten sowie die Herstellung durch Gießen, Schmieden oder Umformen.The DE 103 38 568 B4 discloses the joining of piston parts by friction welding, laser welding or brazing and the production by casting, forging or forming.

Aus der CH 352529 A ist eine Herstellung eines Kolbens mit durch Auftragsschweißung aufgebrachtem Leichtmetall bekannt.From the CH 352529 A is a preparation of a piston with applied by surfacing light metal known.

Außerdem offenbart die DE 10 2017 106 327 A1 ein Verfahren zum Anfertigen einer stark isolierenden, dreidimensionalen Struktur unter Verwendung eines additiven Fertigungssystems.In addition, the disclosed DE 10 2017 106 327 A1 a method of making a highly insulating, three-dimensional structure using an additive manufacturing system.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kolben und ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass sich ein besonders leistungsfähiger Kolben realisieren lässt.Object of the present invention is to develop a piston and a method of the type mentioned in such a way that a particularly efficient piston can be realized.

Diese Aufgabe wird durch einen Kolben mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a piston having the features of patent claim 1 and by a method having the features of patent claim 6. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the remaining claims.

Um einen Kolben der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass der Kolben als besonders leistungsfähiger Kolben ausgebildet werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Oberteil zumindest teilweise additiv gefertigt ist. Mit anderen Worten ist zumindest das Oberteil beziehungsweise ein Abschnitt des Oberteils des Kolbens additiv gefertigt. Darunter ist zu verstehen, dass das Oberteil zumindest teilweise durch ein generatives Fertigungsverfahren hergestellt ist. Ferner ist es denkbar, dass zumindest das Oberteil vollständig beziehungsweise zumindest überwiegend additiv gefertigt ist.In order to develop a piston specified in the preamble of claim 1 species such that the piston can be designed as a particularly powerful piston, it is inventively provided that the upper part is made at least partially additive. In other words, at least the upper part or a portion of the upper part of the piston is made additive. By this is to be understood that the upper part is at least partially produced by a generative manufacturing process. Furthermore, it is conceivable that at least the upper part is made completely or at least predominantly additive.

Im fertig hergestellten Zustand des auch als Verbrennungskraftmaschine oder Brennkraftmaschine bezeichneten Verbrennungsmotors ist das Oberteil des Kolbens einem Brennraum des Verbrennungsmotors zugewandt beziehungsweise das Oberteil begrenzt zumindest einen Teil des Brennraums. Der Erfindung liegt dabei insbesondere die Erkenntnis zugrunde, dass gerade im Oberteil die geometrische Gestaltung bislang durch die Möglichkeiten konventioneller Fertigungstechnologien begrenzt war. Die additive Fertigung, welche beispielsweise 3D-Drucken umfasst, erlaubt neue konstruktive Möglichkeiten, beispielsweise bei der Ausbildung von gewichtsoptimierten Wandungsquerschnitten, beispielsweise beim optimalen Wandstärkenverlauf und/oder bei der Ausgestaltung von Kühlkanälen. Ebenso ist es denkbar, das auch als Kolbenoberteil bezeichnete Oberteil bionisch zu gestalten. Daher hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, zumindest am Oberteil die additive Fertigung einzusetzen.In the finished state of the engine, also referred to as an internal combustion engine or internal combustion engine, the upper part of the piston faces a combustion chamber of the internal combustion engine or the upper part delimits at least a part of the combustion chamber. The invention is based, in particular, on the knowledge that the geometrical design has so far been limited by the possibilities of conventional production technologies, especially in the upper part. The additive manufacturing, which includes, for example, 3D printing, allows new design options, for example, in the formation of weight-optimized wall cross sections, for example, the optimal wall thickness profile and / or in the design of cooling channels. Likewise, it is conceivable to design the upper part, also referred to as upper piston part, bionically. Therefore, it has proven to be particularly advantageous to use additive manufacturing at least on the upper part.

Gegenüber dem Oberteil ist das auch als Kolbenunterteil bezeichnete Unterteil deutlich einfacher beziehungsweise simpler und kann auf besonders vorteilhafte Weise durch auch heute schon gängige Technologien relativ einfach und kostengünstig hergestellt werden. Dies bedeutet, dass das Unterteil vorzugsweise, insbesondere vollständig, durch ein von einem generativen beziehungsweise additiven Fertigungsverfahren unterschiedliches Fertigungsverfahren beziehungsweise Herstellungsverfahren hergestellt ist. Mit anderen Worten ist das Unterteil vorzugsweise nicht-additiv gefertigt. Somit ist beispielsweise eine Kombination aus additiver Fertigung, mittels welcher das Oberteil hergestellt ist, und konventioneller Fertigung, mittels welcher das Unterteil hergestellt ist, vorgesehen. Diese Kombination kann vorteilhaft sein, da insbesondere eine Fertigung mittels gängiger Technologien sehr kurze Prozesszeiten aufweist. Durch die beschriebene Kombination kann der Kolben insgesamt zeit- und kostengünstig hergestellt werden. Als weiterhin vorteilhaft hat es sich gezeigt, die Grenze zwischen Oberteil und Unterteil möglichst weit nach oben, das heißt in Richtung der Verbrennungsmulde, zu verschieben beziehungsweise zu legen, um das Oberteil möglichst klein zu halten. Dadurch können das Oberteil und somit der Kolben insgesamt besonders zeit- und kostengünstig hergestellt werden.Compared with the upper part, the lower part, which is also referred to as the lower part of the piston, is significantly simpler or simpler and can be produced relatively easily and inexpensively in a particularly advantageous manner by technologies that are already common today. This means that the lower part is preferably produced, in particular completely, by a production method or production method which is different from a generative or additive manufacturing method. In other words, the lower part is preferably made non-additive. Thus, for example, a combination of additive manufacturing, by means of which the upper part is made, and conventional manufacturing, by means of which the lower part is made, is provided. This combination can be advantageous since, in particular, production by means of common technologies has very short process times. Due to the combination described, the piston can be made in total time and cost. As further advantageous, it has been shown, the boundary between the upper part and lower part as far as possible to move upwards, that is, in the direction of the combustion bowl or to lay in order to keep the upper part as small as possible. As a result, the upper part and thus the piston as a whole can be made particularly time-consuming and cost-effective.

Die Erfindung ermöglicht die Bereitstellung eines hochleistungsfähigen Kolbens für einen Verbrennungsmotor. Das zumindest teilweise in additiver Bauweise hergestellte Oberteil erlaubt hohe geometrische Gestaltungsfreiheitsgrade beispielsweise im Hinblick auf Kühlkanäle, Muldengeometrie, Wanddickenverhältnisse und/oder Wanddickenverläufe. Dadurch ist eine Voraussetzung für hohe Freiheitsgrade bei der Herstellung beziehungsweise bei der Geometrie des Kolbens zur Verbrennungsoptimierung geschaffen. Insgesamt lässt sich mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ein effizienter Betrieb des Verbrennungsmotors realisieren, sodass dessen Emissionen, insbesondere CO₂-Emissionen und dessen Kraftstoffverbrauch in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden können. Unter dem Begriff Muldengeometrie ist die Verbrennungsmulde beziehungsweise deren Geometrie, das heißt deren Formgebung, zu verstehen. Mit anderen Worten kann bei dem erfindungsgemäßen Kolben eine besonders vorteilhafte und auch sehr komplexe Geometrie der Verbrennungsmulde auf einfache und kostengünstige Weise hergestellt werden.The invention enables the provision of a high performance piston for an internal combustion engine. The upper part, which is produced at least partially in an additive construction, permits high geometrical degrees of freedom of design, for example with regard to cooling channels, dimple geometry, wall thickness ratios and / or wall thickness profiles. This is a prerequisite for high degrees of freedom in the production or in the geometry of the piston for Combustion optimization created. Overall, an efficient operation of the internal combustion engine can be realized by means of the method according to the invention, so that its emissions, in particular CO ₂ emissions and its fuel consumption can be kept to a particularly low level. The term well geometry is the combustion bowl or its geometry, that is to say their shape, to understand. In other words, in the piston according to the invention a particularly advantageous and also very complex geometry of the combustion bowl can be produced in a simple and cost-effective manner.

Eine weitere Erkenntnis der Erfindung ist, dass Kolben bislang vollständig durch konventionelle Fertigungsverfahren wie Gießen, Schmieden, Umformen, Schweißen, Zerspanen etc. hergestellt werden. Diese konventionellen Fertigungsverfahren erlauben nur eine eingeschränkte geometrische Gestaltungsfreiheit, insbesondere im Bereich des Oberteils, was beispielsweise den Verfahrensgrenzen der bislang verwendeten, herkömmlichen Fertigungsverfahren geschuldet ist. Insbesondere lassen sich mittels des erfindungsgemäßen Kolbens die folgenden Vorteile realisieren:

- deutlich verbreiterte geometrische Gestaltungsfreiheit beim Kolbendesign
- Realisierbarkeit eines Kolbens, der verbrennungstechnische Optimierung erlaubt
- Potential zur CO₂-Reduzierung und/oder zur Abgasreduzierung
- Kosteneinsparpotential insbesondere im Hinblick auf den Flottenverbrauch
- Kosteneinsparpotential beim Nutzer des Verbrennungsmotors
- zusätzliches Leichtbaupotential, da gezielt Material einfach weggelassen werden kann; dies ist insbesondere im Falle des Kolbens mit sehr schnell bewegter Masse besonders bedeutsam.

A further realization of the invention is that pistons have hitherto been produced completely by conventional production methods such as casting, forging, forming, welding, machining, etc. These conventional manufacturing methods allow only a limited geometric design freedom, especially in the area of the upper part, which is due for example to the process limits of the previously used, conventional manufacturing processes. In particular, the following advantages can be realized by means of the piston according to the invention:

- Broadened geometric design freedom in piston design
- Realizability of a piston that allows combustion optimization
- Potential for CO ₂ reduction and / or exhaust gas reduction
- Cost savings potential, especially with regard to fleet consumption
- Cost savings potential of the user of the internal combustion engine
- Additional lightweight potential, since targeted material can be easily omitted; this is especially significant in the case of the very fast moving mass piston.

Zur Erfindung gehört auch ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Kolbens. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Oberteil zumindest teilweise additiv gefertigt. Dies bedeutet, dass eine additive Fertigung zumindest eines Teils des Oberteils erfolgt. Außerdem wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das Unterteil durch Gießen und/oder Schmieden und/oder Umformen und/oder spanende Bearbeitung und/oder durch additive Fertigung hergestellt. Außerdem wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das Oberteil mit dem Unterteil mittels eines Schweißverfahrens und/oder mittels eines Lötverfahrens gefügt, das heißt verbunden. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Kolbens sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen und umgekehrt. Alternativ dazu kann das Oberteil additiv direkt auf das Unterteil aufgebracht werden. Als additive Fertigungsverfahren sind insbesondere das 3D-Drucken und/oder das Auftragsschweißen, insbesondere das Laserauftragsschweißen von Pulver- und/oder Drahtmaterial zu nennen.The invention also includes a method for producing a piston according to the invention. In the method according to the invention, the upper part is at least partially made additive. This means that an additive production of at least a part of the upper part takes place. In addition, in the method according to the invention, the lower part is produced by casting and / or forging and / or forming and / or machining and / or by additive manufacturing. In addition, in the method according to the invention the upper part is joined to the lower part by means of a welding process and / or by means of a soldering process, that is connected. Advantages and advantageous embodiments of the piston according to the invention are to be regarded as advantages and advantageous embodiments of the method according to the invention and vice versa. Alternatively, the upper part can be applied additively directly to the lower part. In particular, 3D printing and / or build-up welding, in particular laser deposition welding of powder and / or wire material, may be mentioned as additive manufacturing processes.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.

Die Zeichnung zeigt in:

1 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Kolbens gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 eine schematische und geschnittene Explosionsansicht des Kolbens gemäß 1;
3 eine schematische Schnittansicht des Kolbens gemäß einer zweiten Ausführungsform;
4 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht des Kolbens gemäß 3.

The drawing shows in:

1 a schematic sectional view of a piston according to the invention according to a first embodiment;
2 a schematic and sectional exploded view of the piston according to 1 ;
3 a schematic sectional view of the piston according to a second embodiment;
4 a fragmentary sectional view of the piston according to 3 ,

In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, the same or functionally identical elements are provided with the same reference numerals.

1 zeigt in einer schematischen Schnittansicht einen Kolben 10 für einen Verbrennungsmotor, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Das Kraftfahrzeug ist beispielsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder aber als Nutzfahrzeug, ausgebildet. Der Verbrennungsmotor wird auch als Brennkraftmaschine oder Verbrennungskraftmaschine bezeichnet und weist in seinem vollständig hergestellten Zustand wenigstens einen beispielsweise als Zylinder ausgebildeten Aufnahmeraum auf, in welchem der Kolben 10 translatorisch bewegbar aufnehmbar beziehungsweise aufgenommen ist. In fertig hergestelltem Zustand des Verbrennungsmotors ist der Kolben 10 translatorisch bewegbar in dem Zylinder aufgenommen und dabei in axialer Richtung des Kolbens 10 einem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine zugewandt beziehungsweise der Kolben 10 begrenzt den Brennraum teilweise. Die axiale Richtung des Kolbens 10 ist in 1 durch einen Doppelpfeil 12 veranschaulicht und fällt beispielsweise mit einer Bewegungsrichtung zusammen, entlang welcher der Kolben 10 translatorisch bewegbar ist. Der Zylinder ist dabei durch ein Motorgehäuse des Verbrennungsmotors gebildet, sodass der Kolben 10 entlang der Bewegungsrichtung relativ zu dem Motorgehäuse translatorisch bewegbar ist. Das Motorgehäuse ist beispielsweise als Zylindergehäuse beziehungsweise als Zylinderkurbelgehäuse ausgebildet. Die Verbrennungskraftmaschine ist insbesondere als Hubkolben-Verbrennungsmaschine ausgebildet und kann eine beispielsweise als Kurbelwelle ausgebildete Abtriebswelle aufweisen. Über die Abtriebswelle kann die Verbrennungskraftmaschine Drehmomente zum Antreiben des Kraftfahrzeugs bereitstellen. 1 shows a schematic sectional view of a piston 10 for an internal combustion engine, in particular a motor vehicle. The motor vehicle is designed for example as a motor vehicle, in particular as a passenger car or as a commercial vehicle. The internal combustion engine is also referred to as an internal combustion engine or internal combustion engine and, in its completely manufactured state, has at least one receiving space designed, for example, as a cylinder, in which the piston 10 translationally movably received or received. In finished manufactured state of the internal combustion engine is the piston 10 translationally movably received in the cylinder and thereby in the axial direction of the piston 10 a combustion chamber of the internal combustion engine facing or the piston 10 partially limits the combustion chamber. The axial direction of the piston 10 is in 1 by a double arrow 12 illustrates and coincides, for example, with a direction of movement along which the piston 10 is translationally movable. The cylinder is characterized by a motor housing of the Internal combustion engine formed so that the piston 10 along the direction of movement relative to the motor housing is translationally movable. The motor housing is designed, for example, as a cylinder housing or as a cylinder crankcase. The internal combustion engine is designed in particular as a reciprocating internal combustion engine and may have an output shaft designed, for example, as a crankshaft. Via the output shaft, the internal combustion engine can provide torques for driving the motor vehicle.

Der Kolben 10 weist zumindest oder genau ein Oberteil 14 auf, welches eine einfach auch als Mulde bezeichnete Verbrennungsmulde 16 aufweist. Mit anderen Worten begrenzt oder bildet das Oberteil 14 die Verbrennungsmulde 16. Außerdem weist der Kolben 10 zumindest oder genau ein Unterteil 18 auf, welches zumindest eine Nabe 20 zur zumindest teilweisen Aufnahme eines in den Fig. nicht dargestellten Kolbenbolzens aufweist. Mit anderen Worten bildet oder begrenzt das Unterteil 18 die Nabe 20. Im fertig hergestellten Zustand des Verbrennungsmotors ist der Kolbenbolzen teilweise in der Nabe 20 und teilweise in einem Pleuelauge eines Pleuels angeordnet, wodurch der Kolben 10 gelenkig mit dem Pleuel verbunden ist. Das Pleuel wiederum ist gelenkig mit der Abtriebswelle gekoppelt, sodass der Kolben 10 über den Kolbenbolzen das Pleuel gelenkig mit der Abtriebswelle verbunden ist. Hierdurch werden die translatorischen Bewegungen des Kolbens 10 in eine rotatorische Bewegung der Abtriebswelle umgewandelt.The piston 10 has at least or exactly one top 14 on, which is a combustion well, simply referred to as a trough 16 having. In other words, the upper part is limited or formed 14 the combustion bowl 16 , In addition, the piston points 10 at least or exactly one lower part 18 on which at least one hub 20 for at least partially receiving a piston pin, not shown in the figures. In other words, the lower part forms or limits 18 the hub 20 , In the finished state of the engine, the piston pin is partially in the hub 20 and partially disposed in a connecting rod eye of a connecting rod, whereby the piston 10 hinged to the connecting rod. The connecting rod in turn is hinged to the output shaft, so that the piston 10 via the piston pin, the connecting rod is pivotally connected to the output shaft. As a result, the translational movements of the piston 10 converted into a rotational movement of the output shaft.

Um nun auf besonders vorteilhafte und insbesondere einfache und kostengünstige Weise eine besonders hohe Leistungsfähigkeit des Kolbens 10 und somit einen effizienten und emissionsarmen Betrieb des Verbrennungsmotors realisieren zu können, ist das Oberteil 14 zumindest teilweise additiv gefertigt. 1 zeigt eine erste Ausführungsform des Kolbens 10. Bei der ersten Ausführungsform ist das Oberteil 14 einstückig ausgebildet. Auch das Unterteil 18 ist einstückig ausgebildet. Dabei sind das auch als Kolbenoberteil bezeichnete Oberteil 14 und das auch als Kolbenunterteil bezeichnete Unterteil 18 separat voneinander ausgebildet und, insbesondere stoffschlüssig, miteinander gefügt.To now in a particularly advantageous and in particular simple and inexpensive way a particularly high performance of the piston 10 and thus to be able to realize an efficient and low-emission operation of the internal combustion engine is the upper part 14 made at least partially additive. 1 shows a first embodiment of the piston 10 , In the first embodiment, the top is 14 integrally formed. Also the lower part 18 is integrally formed. These are also called piston upper part shell 14 and the lower part, also referred to as the piston lower part 18 formed separately from each other and, in particular cohesively, joined together.

Die auch als Aufnahme oder Bolzenaufnahme bezeichnete Nabe 20 ist beispielsweise als eine Bohrung ausgebildet und somit durch Bohren gebildet. Des Weiteren bildet das Unterteil 18 beispielsweise ein Kolbenhemd 22, über welches sich der Kolben 10 in seiner radialen Richtung an einer auch als Laufbahn bezeichneten Zylinderwand abstützen kann. Die Zylinderwand begrenzt dabei den Zylinder. Das Oberteil 14 weist beispielsweise eine in den Fig. nicht erkennbare Ringpartie auf, in welcher wenigstens eine oder mehrere Ringnuten angeordnet sein können. In der jeweiligen Ringnut ist beispielsweise wenigstens oder genau ein Kolbenring anordenbar oder angeordnet.The hub also referred to as a receptacle or bolt receptacle 20 For example, is formed as a bore and thus formed by drilling. Furthermore, the lower part forms 18 for example, a piston skirt 22 over which the piston 10 can support in its radial direction on a designated as a raceway cylinder wall. The cylinder wall limits the cylinder. The top 14 has, for example, a ring part, not recognizable in the figures, in which at least one or more annular grooves can be arranged. In the respective annular groove, for example, at least or exactly one piston ring can be arranged or arranged.

Außerdem weist das Oberteil 14 wenigstens oder genau einen Kühlkanal 24 auf, welcher zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, durch das Oberteil 14 begrenzt ist.In addition, the upper part 14 at least or exactly one cooling channel 24 on, which at least partially, in particular at least predominantly or completely, by the upper part 14 is limited.

Bei der in 1 veranschaulichten ersten Ausführungsform ist der Kühlkanal 24 zu einem überwiegenden ersten Teil durch das Oberteil 14 und zu einem zweiten Teil durch das Unterteil 18 begrenzt. Insbesondere ist der Kühlkanal 24 in axialer Richtung des Kolbens 10 nach oben hin durch das Oberteil 14 begrenzt. In radialer Richtung des Kolbens 10 ist der Kühlkanal 24 vollständig durch das Oberteil 14 begrenzt, und in axialer Richtung nach unten hin beziehungsweise in Richtung der Nabe 20 ist der Kühlkanal 24 durch das Unterteil 18 begrenzt.At the in 1 illustrated first embodiment is the cooling channel 24 to a predominant first part by the upper part 14 and to a second part through the lower part 18 limited. In particular, the cooling channel 24 in the axial direction of the piston 10 upwards through the top 14 limited. In the radial direction of the piston 10 is the cooling channel 24 completely through the shell 14 limited, and in the axial direction downwards or in the direction of the hub 20 is the cooling channel 24 through the lower part 18 limited.

Bei der ersten Ausführungsform ist das Oberteil 14 beispielsweise stoffschlüssig mittels eines Laserschweißverfahrens und/oder mittels eines Lötverfahrens und/oder mittels eines additiven Fertigungsverfahrens gefügt. Bei dem additiven Fertigungsverfahren kann es sich um die zuvor genannte additive Fertigung handeln, mittels welcher das Oberteil 14 zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, hergestellt ist. Bei dem Verfahren zum Herstellen des Kolbens 10 ist es beispielsweise vorgesehen, dass das Oberteil 14 zumindest teilweise additiv gefertigt wird. Eine Herstellung des Unterteils 18 erfolgt beispielsweise durch Gießen und/oder durch Schmieden und/oder durch Umformen und/oder durch spanende Bearbeitung und/oder durch eine additive Fertigung. Außerdem ist es bei dem Verfahren beispielsweise vorgesehen, dass das Oberteil 14 mit dem Unterteil 18 durch Schweißen und/oder durch Löten verbunden wird.In the first embodiment, the top is 14 For example, materially joined by means of a laser welding process and / or by means of a soldering process and / or by means of an additive manufacturing process. In the additive manufacturing process may be the aforementioned additive manufacturing, by means of which the upper part 14 at least partially, in particular at least predominantly or completely. In the method of manufacturing the piston 10 For example, it is provided that the upper part 14 at least partially made additive. A production of the lower part 18 takes place for example by casting and / or forging and / or by forming and / or by machining and / or by an additive manufacturing. In addition, it is provided in the method, for example, that the upper part 14 with the lower part 18 is connected by welding and / or by soldering.

Insbesondere ist es im Rahmen des Verfahrens vorgesehen, dass das Oberteil 14 und das Unterteil 18 jeweils separat voneinander hergestellt und daran anschließend miteinander verbunden werden. Das Oberteil 14 und das Unterteil 18 sind Bauteile des Kolbens 10. Es ist denkbar, dass der Kolben 10 mehr als die in 1 gezeigten Bauteile aufweist. Insbesondere ist es denkbar, dass das Oberteil 14 und/oder das Unterteil 18 aus mehreren Bauteilen gebildet ist, welche beispielsweise separat voneinander ausgebildet und miteinander verbunden sind beziehungsweise werden.In particular, it is provided in the context of the method that the upper part 14 and the lower part 18 each made separately from each other and then connected to each other. The top 14 and the lower part 18 are components of the piston 10 , It is conceivable that the piston 10 more than the in 1 having shown components. In particular, it is conceivable that the upper part 14 and / or the lower part 18 is formed of a plurality of components, which are for example formed separately from each other and connected to each other or will.

Ferner ist es denkbar, dass das Kolbenunterteil und/oder das Kolbenoberteil aus einem Eisenbasiswerkstoff, einem Aluminiumbasiswerkstoff und/oder einem Titanbasiswerkstoff gefertigt sind. Mit anderen Worten kann das Oberteil 14 aus einem ersten Eisenbasiswerkstoff, einem ersten Aluminiumbasiswerkstoff und/oder einem ersten Titanbasiswerkstoff gefertigt sein. Außerdem ist es möglich, dass das Unterteil 18 aus einem zweiten Eisenbasiswerkstoff, einem zweiten Aluminiumbasiswerkstoff und/oder einem zweiten Titanbasiswerkstoff gefertigt ist. Der erste Eisenbasiswerkstoff und der zweite Eisenbasiswerkstoff können der gleiche Basiswerkstoff oder voneinander unterschiedliche Werkstoffe sein. Ferner können der erste Aluminiumbasiswerkstoff und der zweite Aluminiumbasiswerkstoff der gleiche Aluminiumbasiswerkstoff oder voneinander unterschiedliche Basiswerkstoffe sein und/oder der erste Titanbasiswerkstoff und der zweite Titanbasiswerkstoff können der gleiche Werkstoff oder voneinander unterschiedliche Werkstoffe sein.Furthermore, it is conceivable that the piston lower part and / or the piston upper part are made of an iron-based material, an aluminum base material and / or a titanium base material. In other words, the top part 14 from a first iron-based material, a first Made of aluminum base material and / or a first titanium-based material. It is also possible that the lower part 18 is made of a second iron base material, a second aluminum base material and / or a second titanium base material. The first iron base material and the second iron base material may be the same base material or different materials from each other. Further, the first aluminum base material and the second aluminum base material may be the same aluminum base material or different base materials, and / or the first titanium base material and the second titanium base material may be the same material or different materials from each other.

2 zeigt in einer schematischen und geschnittenen Explosionsansicht den Kolben 10 gemäß der ersten Ausführungsform. Im Rahmen des Verfahrens ist es denkbar, dass das Oberteil 14 während seiner additiven Fertigung zumindest teilweise oder vollständig direkt auf das Unterteil 18 aufgebracht wird. Die additive Fertigung kann zumindest 3D-Drucken umfassen, sodass das Oberteil 14 zumindest teilweise durch 3D-Drucken hergestellt ist. Andere Verfahren wie beispielsweise ein generatives Auftragen, insbesondere ein Laserauftragen, sind ohne weiteres denkbar. Insbesondere kann das Oberteil 14 durch Laserauftragsschweißen von Pulver- und/oder Drahtmaterial hergestellt und dabei auf das Unterteil 18 aufgebracht sein beziehungsweise werden. Allein schon aus Gründen einer möglichen Wärmeausdehnung des Kolbens 10 während des Betriebs des Verbrennungsmotors ist es vorteilhaft, das Oberteil 14 und das Unterteil 18 aus gleichen oder zumindest ähnlichen Materialgruppen herzustellen. Insbesondere können das Oberteil 14 und das Unterteil 18 aus einem Stahl, insbesondere aus dem gleichen Stahl, gebildet sein. Ein Mischverbau beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung und einer Eisenbasislegierung ist jedoch ohne weiteres möglich. 2 shows in a schematic and sectional exploded view of the piston 10 according to the first embodiment. As part of the process, it is conceivable that the upper part 14 during its additive manufacturing at least partially or completely directly on the lower part 18 is applied. The additive manufacturing can comprise at least 3D printing, so that the upper part 14 at least partially made by 3D printing. Other methods, such as generative application, in particular laser application, are readily conceivable. In particular, the upper part 14 produced by laser deposition welding of powder and / or wire material and thereby on the lower part 18 be or be. Alone for reasons of a possible thermal expansion of the piston 10 During operation of the internal combustion engine, it is advantageous, the upper part 14 and the lower part 18 to produce from the same or at least similar material groups. In particular, the upper part 14 and the lower part 18 be formed of a steel, in particular of the same steel. However, a mixed structure of, for example, an aluminum alloy and an iron-based alloy is readily possible.

Als weiterhin besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das Oberteil 14 zumindest oder lediglich örtlich beschichtet und/oder wärmebehandelt ist. Mit anderen Worten ist es beispielsweise im Rahmen des Verfahrens vorgesehen, dass das Oberteil 14 nach der additiven Fertigung zumindest oder lediglich örtlich beschichtet und/oder wärmebehandelt wird. Beispielsweise wird das zumindest teilweise additiv gefertigte Oberteil 14 vor und/oder nach dem Fügen mit dem Unterteil 18 zumindest teilweise oder lediglich teilweise wärmebehandelt und/oder beschichtet. Insbesondere kann eine vollständige Wärmebehandlung und/oder eine vollständige Beschichtung des Oberteils 14 vorgesehen werden.As further particularly advantageous, it has been shown when the upper part 14 at least or only locally coated and / or heat treated. In other words, it is provided, for example, in the context of the method that the upper part 14 after the additive manufacturing at least or only locally coated and / or heat treated. For example, the at least partially additive manufactured upper part 14 before and / or after joining with the lower part 18 at least partially or only partially heat treated and / or coated. In particular, a complete heat treatment and / or a complete coating of the upper part 14 be provided.

3 und 4 zeigen eine zweite Ausführungsform des Kolbens 10. Die zweite Ausführungsform entspricht im Grunde der ersten Ausführungsform, insbesondere mit dem Unterschied, dass das Oberteil 14 wenigstens oder genau einen weiteren, zusätzlich zu dem Kühlkanal 24 vorgesehenen Kühlkanal 26 aufweist beziehungsweise bildet oder begrenzt. Der jeweilige Kühlkanal 24 beziehungsweise 26 kann von einem Kühlfluid, insbesondere von einer Kühlflüssigkeit, durchströmt werden. Bei der Kühlflüssigkeit kann es sich beispielsweise um Öl, welches in den jeweiligen Kühlkanal 24 beziehungsweise 26 eingespritzt werden kann, handeln. 3 and 4 show a second embodiment of the piston 10 , The second embodiment basically corresponds to the first embodiment, in particular with the difference that the upper part 14 at least or exactly one more, in addition to the cooling channel 24 provided cooling channel 26 has or forms or limited. The respective cooling channel 24 respectively 26 can be flowed through by a cooling fluid, in particular by a cooling liquid. The coolant may be, for example, oil, which in the respective cooling channel 24 respectively 26 can be injected, act.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Kolbenpiston
1212: Doppelpfeildouble arrow
1414: Oberteiltop
1616: Verbrennungsmuldecombustion bowl
1818: Unterteillower part
2020: Nabehub
2222: Kolbenhemdskirt
2424: Kühlkanalcooling channel
2626: Kühlkanalcooling channel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2012/069103 A1 [0002]
DE 10338568 B4 [0003]
CH 352529 A [0004]
DE 102017106327 A1 [0005]

Claims

Piston (10) for an internal combustion engine, with at least one upper part (14), which has a combustion recess (16), and with at least one in the axial direction (12) of the piston (10) on the upper part (14) following lower part (18) , which comprises at least one hub (20) for receiving a piston pin, characterized in that the upper part (14) is made at least partially additive.

Piston (10) after Claim 1 , characterized in that the upper part (14) and the lower part (18) are formed separately from each other and, in particular cohesively, joined together.

Piston (10) after Claim 1 or 2 , characterized in that the upper part (14) with the lower part (18) is materially joined by means of a welding process, in particular by means of a laser welding process, and / or a soldering process and / or an additive manufacturing process.

Piston (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the lower part (18) and the upper part (18) are made of an iron base material, an aluminum base material and / or a titanium base material.

Piston (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the upper part (14) after the additive manufacturing at least locally coated and / or heat treated.

Method for producing a piston (10) according to one of the preceding claims, characterized by the steps: - at least partially additive production of the upper part (14); - Production of the lower part (18) by casting and / or forging and / or forming and / or machining and / or additive manufacturing; and - joining the upper part (14) to the lower part (18) by means of a welding process and / or soldering process.

Method according to Claim 6 , characterized in that the upper part (14) during its additive manufacturing directly on the lower part (18) is applied.

Method according to Claim 6 or 7 , characterized in that the additive manufacturing at least 3D printing and / or build-up welding, in particular laser deposition welding, a powder and / or wire material comprises.

Method according to one of Claims 6 to 8th , characterized in that the upper part (14) is at least partially heat-treated and / or coated before and / or after the joining.