[发明专利]内燃机活塞及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种内燃机活塞，该活塞具有活塞主体和活塞环部件，其中活塞主体具有活塞顶的至少一个内部区域以及活塞裙，该活塞裙设有具有毂孔的销毂，其中活塞环部件具有活塞顶的至少一个外部区域，该外部区域具有环绕的活塞顶岸和设有环形槽的环绕的活塞环部。此外，本发明还涉及这种活塞的制造方法。

背景技术

这种活塞以及这种方法已由文献DE102007005268A1已知。在这种活塞中活塞主体和活塞环部件的接触区域成型为台肩形状的或者形成为卯榫区域，活塞环部件不能够松开地附在活塞主体上。以这种方式调整接合方法所需的公差并且避免两个部件发生错位。

这种已知的结构和这种已知的方法意味着，仅在活塞主体中设置一个燃烧室腔室，因此凹腔边缘由与活塞主体本身相同的材料构成。然而，在现代化的活塞中活塞顶和特别是凹腔边缘承受高的机械负荷和热负荷。因此使用能够相应承受负荷的钢受到青睐，因此在这种活塞中整个活塞主体必然需要由这种材料构成。这除了意味着高成本，主要是在机械加工时在制造活塞主体的过程中带来不利。

此外，在热接合方法中（例如在这种方法中优选使用焊接方法或钎焊方法时），因为部件在冷却过程中收缩，所以形成很大的固有应力。该固有应力可以在轴向环绕的接缝中（就像在这种活塞中设有的接缝一样）通过必然出现的收缩干扰仅仅有限地得到降低。因此需要使用可延展的焊接填料，以避免在接合过程中出现裂缝。

特别是在钎焊方法或者现代化的电子束焊接方法中对待接合的部件的装配精确度提出高要求。在这些方法中所选择的、待接合的部件之间的分界面的间隙宽度通常小于0.1mm，经常只有0.05mm，因为例如在现代化的电子束焊接设备中光束直径相应小。在这种活塞中必须通过台肩的形状及其位置相互地以多个工序制造接合面，由此对单个的加工步骤提出了非常高的精确度的要求。这种方法非常昂贵并且由此导致制造成本提高。

发明内容

因此本发明的目的在于，这样进一步扩展这种类型的活塞以及这种方法，即，在简化制造工艺的情况下实现可变的材料选择。

实现方案在于具有权利要求1的特征的活塞以及具有权利要求9的特征的方法。根据本发明设有活塞主体和活塞环部件经由紧靠它们形成的、相应的、锥形的接合面接合在一起。

因而相应的接合面这样形成在活塞主体和活塞环部件上，即，接合面构成锥形设置的表面。由此可以以特别简单而经济的方式制造无缝的或者具有非常小的公差的分界面。

由于形成为锥形的接合面因而两个部件自动定中心，也就是说，由于施加在活塞主体和活塞环部件上的轴向力。不需要额外的导向面、导向边缘或类似部件。

本发明的另一个主要优势在于，由于根据本发明的接合面形状原则上可以以一个工序将两个部件接合在一起。

接合面可以分解成一个轴向表面向量和一个径向表面向量。径向表面向量使在热接合方法中可能出现的收缩应力通过部件的自由收缩在轴向方向上毫无问题地得到降低。

此外，根据本发明的活塞以及根据本发明的方法实现了对活塞主体和活塞环部件的材料大体上的自由选择，因为形成为锥形的接合面可以任意地定位在两个部件上。特别是可以毫无问题地由能够相应承受负荷的材料构成活塞顶（特别是燃烧室凹腔的凹腔边缘）的高热负荷和/或高机械负荷的区域，然而活塞主体由其他材料制成，该材料例如能够特别容易和/或特别简单地进行机械加工。

有利的扩展方案由从属权利要求得出。

一个有利的扩展方案在于，相应的接合面具有不同的锥角并且以接合添加料填充产生的缝隙。如果希望使用接合添加料，则可以以特别简单的方法和方式将接合添加料加入到接合面之间。

在活塞环部件中可以以已知的方式设置环绕的冷却通道。然而活塞主体和活塞环部件可以共同构成环绕的冷却通道，其相对大的容量特别是给活塞环部提供特别有效的冷却。

活塞主体和/或活塞环部件可以在冷却通道端上的接合面末端的区域中具有局部增厚部。由此至少明显降低了接合连接部可能出现的切口效应。

当根据本发明的活塞的活塞顶具有已知的燃烧室凹腔时，如果燃烧室凹腔的凹腔边缘由耐磨材料和/或耐热材料构成，则是有利的。这可以由此特别简单地实现，即，活塞环部件由这样的材料制成并且这样定位接合面，即，凹腔边缘是活塞环部件的一部分以及凹坑底部是活塞主体的一部分。

如果活塞主体由金属材料制成以及活塞环部件由耐磨的钢材和/或耐热的钢材制成，通常是有利的。