1 + 1 = 1

Die beste Verbindung ist so stark wie das Material selbst! Deshalb werden die beiden Hälften der Topweld®-Kolben von MAHLE mit einem speziellen Verfahren zusammengefügt: der Reibschweißung. Dazu müssen Kolbenboden und Schaft unter massivem Druck so lange aneinander gerieben werden, bis sie untrennbar miteinander verbunden sind. Eigentlich ganz einfach – wenn man die dafür notwendigen Kräfte erzeugen kann. Doch dazu braucht es besonders leistungsfähiges Equipment!

ZWEI TEILE SIND EINFACH BESSER

Wie aus zwei Hälften ein ganzes wird.
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Wenn es im Brennraum eines Verbrennungsmotors richtig heiß hergeht, muss die Wärme abgeführt werden. Es reicht nicht, dass der Kolben aus hochtemperaturfestem Material besteht, auch die Kühlkanalgeometrie ist extrem wichtig! Der Kühlkanal liegt jedoch zwischen Kolbenboden und Schaft. Ist der Kolben aus einem Block geschmiedet, wird es sehr aufwendig, ihn einzuarbeiten. Warum also nicht den Kolben in zwei Teilen schmieden, den Kühlkanal von der späteren Mitte in beide Richtungen ausdrehen und die beiden Kolbenhälften erst dann zusammenfügen? Eine clevere Idee! Nur die Stabilität und Belastbarkeit der Verbindungsstelle stand der Realisierung zunächst noch im Weg.

  • Reiberei – Ein Teil des Kolbens steht, der andere wird gedreht.
  • Wulstbildung – Unter der Einwirkung von Rotation und Anpresskraft der beiden Teile beginnt das Material an der Fügefläche heiß und zähflüssig zu werden – und es bildet sich der typische Reibschweißwulst.
  • Halt – Zum Schluss wird die Rotation des einen Teils schlagartig gestoppt und die verbundenen Kolbenteile werden unter Krafteinwirkung auf Position gehalten, bis das Material abkühlt und dadurch fest wird.

MEHR POWER BRINGT MEHR

Wie schafft man Verbindungsstellen, die ebenso stabil oder sogar noch stabiler sind als das Grundmaterial? Die Antwort lautet: durch Reibschweißen. Allerdings braucht man dafür eine aufwendige Vorrichtung: eine Reibschweißmaschine mit feststehender und rotierender Werkstückaufnahme – inklusive leistungsfähiger Stromversorgung. Damit aus der Reibung der Kolbenteile eine Reibschweißverbindung wird, ist nämlich eine Antriebskraft der Maschine von 750 kW nötig – soviel Power hat normalerweise der Triebwagen einer U-Bahn!

MAHLE setzt die Reibschweißung seit Jahrzehnten in der Ventilfertigung ein – zur belastbaren Verbindung von Ventilteller und Schaft. Nun nützen wir diese Erfahrung zur Herstellung der neuen reibgeschweißten TopWeld®-Kolben. Mit großem Erfolg: Selbst führende Nutzfahrzeughersteller setzen in der Erstausrüstung auf unsere starke Technologie!

Die Evolution der Kühlkanäle

  • Ferrotherm
    FERROTHERM® – der Pendelschaft-Kolben mit einem Oberteil aus geschmiedetem Stahl. Sein Kühlkanal muss aus dem Vollen gedreht werden. Dazu braucht es ein filigranes, gebogenes Drehwerkzeug, das als Sonderanfertigung hergestellt werden muss. Die Härte und Zähigkeit des Stahls generieren sehr hohe Schnittkräfte, entsprechend aufwendig ist die Kühlkanal-Herstellung.
  • MONOTHERM®-Kolben: Die Herstellung des Kühlkanals erfolgt mit einem aufwendig gefertigten, gebogenen Drehwerkzeug, das filigran und gleichzeitig stabil sein muss. Anschließend wird der Kühlkanal mit zwei Stahlblechstanzteilen verschlossen.
  • TopWeld
    TopWeld® – der reibgeschweiße Kolben: Hier erfolgt die Herstellung des Kühlkanals deutlich einfacher und schneller mit einem üblichen (und daher stabileren) Drehwerkzeug. Dazu wird jeweils eine halbe Nut in das Kolbenunterteil und in das Kolbenoberteil gedreht. Durch Reibschweißen entsteht der vollständige und geschlossene Kühlkanal.

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Regelmäßig informieren wir über technische Tipps rund um den Antriebsstrang, das Thermomanagement und die Mechatronik im Automobil.

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