專利名稱：用于內燃機的活塞的制造方法以及用于內燃機的活塞的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于內燃機的活塞的制造方法。
背景技術：
這類方法在例如文獻US6，825，450B2中有所描述。通過感應焊接將活塞上部件和活塞下部件連接在一起，其中在活塞上部件和活塞下部件的接合面之間放置感應線圈。在將接合面加熱之后將感應線圈移除并且生成焊接。在該方法中，感應線圈移除后，接合面開始冷卻降溫，因此不能達到最優(yōu)化的焊接連接。此外該方法必須在保護氣氛中進行，以避免加熱后的接合面由于與空氣中的氧氣發(fā)生反應而受到不利的影響或發(fā)生不利的改變。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于，提供一種用于內燃機的活塞的制造方法，通過其以盡量簡單的方式實現改善的焊接連接。該目的由此實現，首先在步驟a)中制造具有至少一個接合面的活塞上部件，在步驟b)中制造具有至少一個接合面的活塞下部件，在步驟c)中制造活塞上部件的至少一個接合面和活塞下部件的至少一個接合面之間的直接接觸，在步驟d)中通過電感應或者通過直接在接合面上加載電流將活塞上部件和活塞下部件在直接接觸的接合面進行加熱，然后在步驟e)中通過壓制過程將活塞上部件和活塞下部件彼此連接形成活塞。根據本發(fā)明這樣制 成活塞上部件和活塞下部件的接合面之間的直接接觸，然后進行接觸面區(qū)域的加熱，從而將兩個組件在它們的受熱的接合面區(qū)域連接在一起。在活塞上部件和活塞下部件連接在一起之前避免接合面的冷卻降溫，從而相對于現有技術顯著改善了所獲得的焊接連接。此外可以不用在保護氣氛中進行操作，因為加熱過的接合面不會與環(huán)境空氣相接觸。接合面或者感應地(通過感應渦流)，或者通過直接的電流進行加熱并且接著通過壓制過程(通過機械力的作用)彼此連接。由此可能就完成了活塞的精加工。本發(fā)明的主題還涉及能夠根據本發(fā)明的方法制成的活塞。最后本發(fā)明的主題還涉及一種用于內燃機的活塞，其具有活塞上部件和活塞下部件，其中活塞上部件具有燃燒室凹腔和內接合面以及外接合面，活塞下部件具有內接合面以及外接合面，其中活塞上部件和活塞下部件形成環(huán)繞的冷卻通道并且內接合面具有預先設定的寬度a，活塞下部件的內接合面由環(huán)繞的支撐部件形成，該支撐部件具有軸向長度b(b ^ 1.5*a)，在環(huán)繞的支撐部件的下面形成在冷卻通道一側環(huán)繞的縮進部，其縮進深度為c (c ^ 0.8*a)。根據本發(fā)明設置燃燒室凹腔的環(huán)繞的側壁，其將燃燒室凹腔與冷卻通道隔離開，并且具有預先設定的厚度，該厚度由活塞上部件和活塞下部件的內接合面的預先設定的寬度a給定?；钊虏考膬冉雍厦嬗苫钊虏考沫h(huán)繞的支撐部件形成，其軸向長度b至少等于活塞下部件和活塞上部件的內支撐面的寬度a的1.5倍。此外在活塞下部件的環(huán)繞的支撐部件的下面設置有冷卻通道一側的環(huán)繞的縮進部，其縮進深度C最多等于活塞下部件和活塞上部件的支撐面的寬度a的0.8倍。寬度a取決于各個活塞的大小和尺寸。原則上，支撐部件的長度b和縮進部的縮進深度c取決于支撐面的寬度a。該結構給出了對活塞穩(wěn)定性的要求和將焊接支撐面控制得較小(從而優(yōu)化在焊接過程中的熱能和壓力的導入和傳遞)的最佳的折中方案。以根據本發(fā)明的設計實現了，在焊接過程中，燃燒室凹腔的環(huán)繞的壁不會塌陷，從而在撤掉壓力的時候在焊縫處不會產生裂縫。此外根據本發(fā)明的設計達到了，在運行過程中點火壓力和點火熱能特別良好地到達活塞的下部區(qū)域。在從屬權利要求中給出了有利的擴展設計。根據本發(fā)明的方法的優(yōu)選設計為，在活塞上部件的至少一個接合面區(qū)域和/或活塞下部件的至少一個接合面區(qū)域設置窄化部，其在步驟e)由活塞上部件或活塞下部件的材料填滿，優(yōu)選達到接合面的額定橫截面。由此以有利的方式避免了沿著焊縫生成隆起部。窄化部可以形成為槽口、凹口或者收窄部分。步驟d)和e)能夠以特別有利的方式在環(huán)境氣氛中進行，也就是說，可以不用保護氣體或者在將接合面加熱前將組成部分引入真空中。由此以有利的方式簡化了根據本發(fā)明的方法。在步驟e)中優(yōu)選將壓制過程與轉動過程相結合，即，活塞上部件和活塞下部件彼此相向地扭轉過一個小角度，以達到更好的固定焊接連接。根據本發(fā)明的方法的另一個有利的擴展方案為，活塞上部件具有燃燒室凹腔和內接合面以及外接合面，活塞下部件具有內接合面以及外接合面，并且在活塞上部件和活塞下部件連接時形成環(huán)繞的冷卻通道。由此以特別簡單的方式制成了冷卻通道活塞。因為或者從活塞上部件的外側面，或者從燃燒室凹腔能夠到達活塞上部件的接合面，根據本發(fā)明的方法很好地適用于制造這類冷卻通道活塞。根據本發(fā)明的方法以有利的方式實現了可變化性，活塞上部件和活塞下部件的內接合面以及外接合面設置在同一平面內，或者活塞上部件和活塞下部件的接合面設置在至少兩個不同的平面內。接合面的錯置因而不是問題?；钊喜考?或活塞下部件可以是澆鑄件或者鍛造件，并且可以由例如鋼材或者鑄鐵材料制成。縮進部優(yōu)選延伸至冷卻通道的底部，以達到根據不同的材料體積的熱能和壓力的傳遞的最優(yōu)化。


接下來根據附圖進一步闡明本發(fā)明的實施例。圖中只是示例性示出，沒有給出詳細尺寸:圖1:在焊接前的根據本發(fā)明的活塞的第一個實施例的截面圖；圖2:圖1中的活塞的截面圖，相對于圖1視角旋轉了 90° ;圖3:在焊接后的圖1中的活塞；圖4:圖3中的活塞的截面圖，相對于圖3視角旋轉了 90° ;圖5:在焊接前的根據本發(fā)明的活塞的另一個實施例的截面圖6:圖5中的活塞的截面圖，相對于圖5視角旋轉了 90° ;圖7:在焊接后的圖5中的活塞；圖8:圖7中的活塞的截面圖，相對于圖7視角旋轉了 90° ;圖9:根據本發(fā)明的活塞的另一個實施例的截面圖；圖10:圖9中的活塞的局部放大圖。
具體實施例方式圖1至4示出了根據活塞10的根據本發(fā)明的方法的第一個實施例。本實施例中的活塞10是具有環(huán)繞的冷卻通道的兩部件箱式活塞。本發(fā)明當然也適用于其他活塞類型?；钊?0由活塞上部件11和活塞下部件12構成，活塞上部件和活塞下部件可以由鋼材和鑄鐵材料通過澆鑄或者鍛造制成?；钊?0具有包含燃燒室凹腔14的活塞底部13，其中活塞底部13和燃燒室凹腔14部分由活塞上部件11形成，部分由活塞下部件12形成。沿著外壁區(qū)域18的火力岸和環(huán)槽在由于視線的原因沒有示出?；钊虏考?2具有活塞裙15和具有用于接納活塞螺栓(未示出)的輪轂孔17的活塞輪轂16?；钊喜考?1具有內接合面21和外接合面22。內接合面21在燃燒室凹腔14區(qū)域內形成為環(huán)繞的。而外接合面22在本實施例中形成在外壁區(qū)域18的下面。活塞下部件12同樣具有內接合面23和外接合面24。內接合面23對應于活塞上部件11的內接合面21在燃燒室凹腔14的區(qū)域內形成為環(huán)繞的。本實施例中的外接合面24形成在活塞裙15的延長部分內。本實施例中的活塞上部件11和活塞下部件12的內接合面21、23與活塞上部件11和活塞下部件12的外接合面22、24錯位地安放?；钊喜考?1和活塞下部件12形成環(huán)繞的冷卻通道25。活塞10由活塞上部件11和活塞下部件12制成。如圖1和2所不，首先制造活塞上部件11和活塞下部件12的對應的內接合面21、23之間的直接接觸與活塞上部件11和活塞下部件12的對應的外接合面22、24之間的直接接觸。內接合面21、22彼此正對，或外接合面23、24彼此正對。將感應線圈31放在燃燒室凹腔14區(qū)域內并且面對活塞上部件11和活塞下部件12的內接合面21、23。將另一個感應線圈32放在外壁18的區(qū)域內并且分配給活塞上部件11和活塞下部件12的外接合面22、24?；钊喜考?1和活塞下部件12在接合面21、23和22、24的區(qū)域內通過電感應進行加熱，直至該區(qū)域內的材料變得能夠塑性變形。然后通過壓制過程將活塞上部件11和活塞下部件12彼此連接在一起，其中活塞上部件11和活塞下部件12相對于彼此轉過一個小的角度。圖3和4示出了將活塞上部件11和活塞下部件12連接后獲得的活塞10。沿著焊接縫形成環(huán)繞的、小的隆起部26，其通過在將活塞上部件11和活塞下部件12連接在一起的壓制過程中由側面溢出的材料生成?？梢詫钊?0進行補充加工，特別是通過引入環(huán)槽而去除能夠從外側達到的隆起部26。圖5至8示出了根據本發(fā)明的方法的另一個實施例，該方法憑借由活塞上部件111和活塞下部件112構成的活塞110實施?；钊?10與圖1至4所示的活塞10幾乎一樣，因此對于相同的結構使用了相同標記符號并且使用圖1至4的描述。圖1至4所示的活塞10和圖5至8所示的活塞110的本質區(qū)別，以及制造兩種活塞所應用的根據本發(fā)明的方法的本質區(qū)別在于，活塞上部件111和活塞下部件112在其接合面121、123和122、124的區(qū)域內，在裝配完成的、但是還未焊接的狀態(tài)下具有窄化部127、128。本實施例中的窄化部127、128形成為收窄部分并且通過引入斜邊129而設置在相應的接合面121、123和122、124旁。再將活塞上部件111和活塞下部件112彼此連接在一起壓制過程中，窄化部由從側面焊接縫溢出的材料所填滿。圖7和8可以看出，活塞上部件111和活塞下部件112彼此連接在一起之后焊接縫區(qū)域內不存在隆起部，而是基本上平滑的表面。圖9和10示出了根據本發(fā)明的活塞210的另一個實施例。活塞210大體上對應于圖1至4中的活塞10，因此適用于上述描述。對于相應的結構使用了相同的標記符號?；钊?10由活塞上部件211和活塞下部件212構成，活塞上部件和活塞下部件可以由例如鋼材或者鑄鐵材料制成，并且可以是澆鑄件或者鍛造件?；钊?20具有包含燃燒室凹腔14的活塞頂13，其中活塞頂13和燃燒室凹腔14部分由活塞上部件11，部分由活塞下部件12形成。沿著外壁區(qū)域18的火力岸和環(huán)槽由于視線的原因沒有示出?；钊虏考?2具有活塞裙15并具有用于接納活塞螺栓(未示出)的輪轂孔17的活塞輪轂16?；钊喜考?11具有內接合面21和外接合面22。內接合面21在燃燒室凹腔14區(qū)域內形成為環(huán)繞的。而外接合面22在本實施例中形成在壁區(qū)域18的下面?；钊虏考?12同樣具有內接合面23和外接合面24。內接合面23對應于活塞上部件211的內接合面22在燃燒室凹腔14的區(qū)域內形成為呈環(huán)形環(huán)繞的。本實施例中的外接合面24形成在活塞裙15的延長部分內。本實施例中的活塞上部件211和活塞下部件212的內接合面21、23與活塞上部件11和活塞下部件12的外接合面22、24錯位地安放?；钊喜考?11和活塞下部件212形成環(huán)繞的冷卻通道25。活塞上部件211和活塞下部件212的內接合面21、23具有預先設定的寬度a?；钊虏考?12的內接合面23由環(huán)繞的支撐部件233形成。該支撐部件233具有軸向長度b，其至少等于內接合面21、23的寬度a的1.5倍:b彡1.5*a。支撐部件233 —側對冷卻通道25進行限界另一側對燃燒室凹腔14進行限界。支撐部件233的下面形成在冷卻通道一側的縮進部234。該縮進部234的縮進深度為C，其最大等于內接合面21、23的寬度a的
0.8 倍:c ≤0.8*a。該結構保證了在將支撐面21、23以及支撐部件234設計得盡可能細長的情況下，根據本發(fā)明的活塞210的穩(wěn)定性，從而得到優(yōu)化的壓制焊接連接。
權利要求
1.一種用于內燃機的活塞(10、110、120)的制造方法，其特征在于以下步驟: a)制造具有至少一個接合面(21、22;121、122)的活塞上部件(11、111、211 )， b)制造具有至少一個接合面(23、24;123、124)的活塞下部件(12、112、212)， c)制造所述活塞上部件(11、111、211)的至少一個接合面(21、22;121、122)和所述活塞下部件(12、112、212)的至少一個接合面(23、24 ; 123、124)之間的直接接觸， d)通過電感應或者通過直接在所述接合面(21、23;22、24 ;121、123 ;122、124)上加載電流對所述活塞上部件(11、111、211)和所述活塞下部件(12、112、212)在直接接觸的接合面(21、23 ;22、24 ;121、123 ;122、124)區(qū)域進行加熱， e)通過壓制過程將所述活塞上部件(11、111、211)和所述活塞下部件(12、112、212)彼此連接形成活塞(10、110、210)，以及必要時對所述活塞(10、110、210)進行精加工。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述活塞上部件(111)的至少一個接合面(121、122)區(qū)域內和/或所述活塞下部件(112)的至少一個接合面(123、124)區(qū)域內設置窄化部(127、128)，所述窄化部在所述步驟e)中由所述活塞上部件(111)或活塞下部件(112)的材料所填滿。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述窄化部(127、128)形成為槽口、凹口、收窄部分和類似結構。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在環(huán)境氣氛中實施所述步驟d)和/或步驟e)。
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步驟e)中將壓制過程和轉動過程相結合。
6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述活塞上部件(11、111、211)具有燃燒室凹腔(14)和內接合面(21、121)以及外接合面(22、122)，所述活塞下部件(12、112、212)具有內接合面(23、123 )和外接合面(24、124 )并且在所述活塞上部件(11、111、211)和所述活塞下部件(12、112、212)連接時形成環(huán)繞的冷卻通道(25)。
7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述活塞上部件(11、111、211)和所述活塞下部件(12、112、212)的內、外接合面(21、121、22、122 ;23、123、24、124)安置在同一個平面上或者安置在至少兩個不同的平面上。
8.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述活塞上部件(11、111、211)和/或所述活塞下部件(12、112、212)由鋼材或者鑄鐵材料制成。
9.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述活塞上部件(11、111、211)和/或所述活塞下部件(12、112、212)是澆鑄件或者鍛造件。
10.一種用于內燃機的活塞，能夠以根據權利要求1至9的任意一項所述的方法制成。
11.用于內燃機的活塞(210)，具有活塞上部件(211)和活塞下部件(212)，其中所述活塞上部件(211)具有燃燒室凹腔(14)和內接合面(21)以及外接合面(22)，所述活塞下部件(212)具有內接合面(23)和外接合面(24)并且在所述活塞上部件(211)和所述活塞下部件(212)連接時形成環(huán)繞的冷卻通道(25)，其特征在于，內接合面(21、23)具有預先設定的寬度(a)，所述活塞下部件(212)的內接合面(23)由環(huán)繞的支撐部件(233)形成，所述支撐部件具有軸向長度(b)且b ≥ 1.5*a，在環(huán)繞的支撐部件(233)下面設置位于冷卻通道一側的環(huán)繞的縮進部(234)，所述縮進部具有縮進深度(c)且c ≤0.8*a。
12.根據權利要求11所述的活塞，其特征在于，所述縮進部(234)延伸至所述冷卻通道(25)的底部。
13.根據權利要求11所述的活塞，其特征在于，所述活塞上部件(211)和所述活塞下部件(212)的內接合面和外接合面(21、22、23、24)安置在同一個平面上或者安置在至少兩個不同的平面上。
14.根據權利要求11所述的活塞，其特征在于，所述活塞上部件(211)和/或所述活塞下部件(212)由鋼材或者鑄鐵材料制成。
15.根據權利要求11所述的活塞，其特征在于，所述活塞上部件(211)和/或所述活塞下部件(212 )是澆鑄件或者鍛造件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于內燃機的活塞(10、110、120)的制造方法，其特征在于以下步驟a)制造具有至少一個接合面(21、22；121、122)的活塞上部件(11、111、211)，b)制造具有至少一個接合面(23、24；123、124)的活塞下部件(12、112、212)，c)制造活塞上部件(11、111、211)的至少一個接合面(21、22；121、122)和活塞下部件(12、112、212)的至少一個接合面(23、24；123、124)之間的直接接觸，d)通過電感應或者通過直接在接合面(21、23；22、24；121、123；122、124)上加載電流對活塞上部件(11、111、211)和活塞下部件(12、112、212)在直接接觸的接合面(21、23；22、24；121、123；122、124)區(qū)域進行加熱，e)通過壓制過程將活塞上部件(11、111、211)和活塞下部件(12、112、212)彼此連接形成活塞(10、110、210)，以及必要時對活塞(10、110、210)進行精加工。
文檔編號B23P15/10GK103118831SQ201180046163
公開日2013年5月22日 申請日期2011年8月9日 優(yōu)先權日2010年8月10日
發(fā)明者弗蘭克·施奈特, 賴納·沙普, 卡爾海因茨·賓 申請人:馬勒國際公司