CN105143652A - 用于内燃机的双接合两件式的活塞 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种内燃机的活塞(1、1″)、特别是冷却通道活塞，该活塞包括至少一个下部部件(2、2″)和至少一个上部部件(3、3′、3″)，其中，所述至少两个活塞部件(2、2″、3、3′、3″)在它们的连接区域内具有对应的几何形状，以便实现形锁合的连接。本发明还涉及一种用于制造一种活塞的方法。

Description

用于内燃机的双接合两件式的活塞

技术领域

本发明涉及按照各独立权利要求的相应的前序部分的特征的一种内燃机的活塞、特别是冷却通道活塞以及一种用于制造活塞的方法。

背景技术

活塞在其终加工以后由一个整体构成并且由彼此分开制造并且随后连接的至少两个部件、优选恰好两个部件组成。

通常这两个部件(上部部件和下部部件)在彼此分开的工艺过程(例如锻造、铸造或类似方式)中制造并随后通过熔焊连接或钎焊连接来连接。DE102010056220A1例如描述一种可简单制造的例如通过铸造制成的第一活塞构件，该第一活塞构件优选借助于摩擦焊接方法可以与第二活塞构件连接。

在公开文件DE2212922中描述了作为在活塞裙与活塞头之间的防扭转装置的定位销装置。活塞裙与活塞头于是经由螺纹连接相互连接。缺点是用于引入防扭转装置的附加工作步骤以及耗费的螺纹连接。

EP1878902A2描述了由上部部件和下部部件构成的活塞的结构，所述上部部件和下部部件经由多个接合板条支撑于各接触区的区域内并且相互连接。在这里类似于离合器地通过将上部部件相对于下部部件扭转来产生夹紧连接。这在操作中是很麻烦的。

发明内容

本发明的目的在于，通过一种不同于熔焊过程或钎焊过程的接合来实现上部部件和下部部件的连接。

所述目的通过具有各独立权利要求的特征的一种活塞和一种方法来实现。

按照本发明规定，所述至少两个活塞部件具有对应于它们的连接区域的几何形状，以便实现形锁合的连接。此外按照本发明规定，这两个部件通过形锁合持久地连接成一件式的活塞。所述形锁合以及上部部件和下部部件的相应构成的形成该形锁合的区域在此这样构成，使得这两个部件在实施形锁合过程以后持久地且不可拆地相互连接。因为内燃机的活塞是由金属材料(例如钢、铝或类似物)构成的构件，所以可能需要将至少对于形锁合所需要的区域、但也可能将整个上部部件和整个下部部件在连接之前加热到比环境温度明显更高的温度。沿一个接合方向完成下部部件与上部部件之间的形锁合的连接。一个接合方向便于操作并且允许较高的生产节拍。

上部部件和下部部件的在接合之前相互面对并且最后形成形锁合的区域以特别有利的方式构成为燕尾槽和相应构成的对应榫。

这样一种连接被称为形锁合，在该连接中，至少两个待连接的元件机械地互锁并且基于待连接的各元件在连接区域的它们的几何形状，该连接继续保持。即使在待连接的元件之间未发生力传递或者待连接的各元件之间的力传递被中断，该连接仍被保持。利用侧凹、铆钉连接或燕尾槽连接的连接例如算作形锁合的连接。

当在横截面中看，榫或槽的形状使人依稀想到燕子的尾巴的分叉的形状时，则选择名称：燕尾槽轮廓或者燕尾槽连接。换言之，榫或槽在横截面中的几何形状对应于梯形、具有两个彼此平行的边的平四边形。

此外可想到，将以其顶端连接到待连接的元件上的三角形、特别是等腰三角形作为榫在横截面中的几何形状。槽于是具有相应对应的横截面形状用以容纳榫。

内燃机的活塞、特别是冷却通道活塞包括至少一个下部部件和至少一个上部部件，其中，所述至少两个活塞部件在它们的连接区域内具有对应的几何形状，以便实现形锁合的连接。由此，在活塞的所述至少一个下部部件与活塞的所述至少一个上部部件之间建立牢靠的连接，该连接满足在内燃机中的使用要求并且因此长期经得起运行条件。

按照本发明，对于活塞而规定，对应的几何形状实施为槽和榫。由此建立可靠的形锁合连接，这是因为槽优选具有侧凹，该侧凹由榫在后面嵌接。为此所需要的几何形状可以用合理的费用大规模地制造。

按照本发明，对于活塞而规定，榫至少在接合以后具有槽的对应榫的轮廓。在这里可想到，榫在接合之前已具有槽的几何形状。在此，在接合过程中完成榫的暂时的优选弹性的变形。在本发明的另一种设计方案中，榫仅在接合过程中占据槽的几何形状。在此可以可靠地补偿来自制造过程的公差，这是因为仅在接合过程中才形成固定机构的精确的几何形状。在两种所描述的情况下，在活塞的所述至少一个下部部件与所述至少一个上部部件之间形成牢靠的形锁合连接。

按照本发明，对于活塞而规定，槽在其截面中具有燕尾槽轮廓的负形。由此形成侧凹，所述侧凹可以由榫可靠地在后面嵌接。因此形成可受载的形锁合连接。

按照本发明，对于活塞而规定，榫至少在接合以后在截面上具有燕尾槽轮廓。在接合之前，榫在横截面中的形状可以不同于槽的形状。在接合以后，榫几乎、优选完全填满槽。

按照本发明，对于活塞而规定，下部部件和上部部件在实施形锁合过程以后持久地且不可拆地相互连接。在可以以高的生产节拍完成的接合步骤中产生一件式的活塞。不将附加的热导入材料中，该热导入可能导致在合金或金属内的组织的改变。完全保持原始材料的材料特性。

用于在用于内燃机的活塞的下部部件与上部部件之间制造形锁合连接的方法，所述活塞特别是冷却通道活塞，其中，在工作步骤中以一个接合方向制造形锁合连接。因此，在高的生产节拍时可靠地制造连接。可以经由在接合时记录力来监视接合过程。取消后续例如在材料结合的连接中所需要的对接合点进行的耗费的监视。因为只须实现一个接合方向，所以也降低了用于操作工具的费用和成本。

按照本发明，对于方法而规定，将至少一个部件、即上部部件或下部部件在连接之前加热到比环境温度明显更高的温度。为了支持接合过程而可以在连接之前加热待接合的部件之一。当榫和槽在接合之前具有不同的几何形状时，一个元件的加热便于找到榫的新形状。

按照本发明，对于方法而规定，榫在接合过程中占据槽的几何形状。由此产生无间隙的形锁合连接。

按照本发明，对于方法而规定，通过热变形在活塞的下部部件与上部部件之间形成不可拆的至少形锁合的连接。由此，在活塞的所述至少一个下部部件与所述至少一个上部部件之间的连接这样构成，使得该连接在内燃机的运行期间不可能松开。

按照本发明的形锁合这样构成，使得该形锁合抵抗在运行时在内燃机中遭受的力。这些力主要是其矢量平行于活塞的中心纵轴线延伸的力。

附图说明

结合附图来阐述本发明的更详细的细节。其中：

图1示出两件式的活塞在接合之前的剖视图，

图2A和B示出在接合过程之前和以后的剖视图，

图3A和B示出已接合的活塞坯件，

图4A和B示出成品活塞和成品活塞的剖视图，

图5作为剖视图示出活塞上部部件(NKW活塞)的另一实施例，

图6示出在按图5的活塞被接合以后的剖视图和

图7A和B示出按图5的成品活塞以及成品活塞的剖视图。

具体实施方式

图1至4B示出按照本发明的活塞的第一实施例，而图5至7B示出按照本发明的活塞的另一实施例。对于这两个实施例，对于相同的元件给予相同的附图标记。

在以下的附图描述中，概念如上面、下面、左边、右边、前面、后面等仅针对在各相应的图中所选择的示例性视图以及针对装置的和不同元件的位置。这些概念不应被局限地理解，也就是说通过不同的位置和/或镜面对称的设计或类似物可以改变这些关系。

图1示出上部部件3(在这里构成为车削件)和下部部件2，该下部部件构成为活塞1的锻造的下部部件2。当然可想到其它的制造方法和组合。

在横截面中可看到在下部部件2中实施为燕尾槽的径向环绕的槽4，其中，在这里存在两个沿径向且相互同心地设置的槽4。备选于此也可以只存在一个槽4或者多于两个槽4。在上部部件3中存在相应的榫5，当将上部部件3与下部部件2连接时所述榫嵌入实施为燕尾槽的槽4内。同样可想到槽4的其它几何形状。此外示出，在接合之前加热上部部件3的区域6。在这里该区域特别是应嵌入燕尾槽4或各燕尾槽4内的榫5或各榫5。备选于此地或对此补充地也可以加热槽4本身。

图2示出上部部件3被挤压或压紧到下部部件2上的状态。在图2的上面的视图中，上部部件3还未被完全挤压到下部部件2上。这在上面的视图可看到，向下指向的各榫5还未被完全压入各槽4内并且还没有变形。仅当从上部部件3向下部部件2的方向继续挤压或压紧时，才导致上部部件3的各榫5在下部部件2的各槽4内的变形，如在图2的下面的视图中可看出的那样。在此，上部部件3的相互转向的各接合面7也完全处在下部部件2的相应的各表面上。接合方向在各图中用附图标记F标示。

图3示出按图1和2构造和连接的活塞坯件8，在该活塞坯件运行准备就绪地可以装入内燃机的气缸以前，还必须使该活塞坯件经受终加工。

图4A和4B最后示出终加工的成品活塞1，例如各环形槽9和各阀凹槽10已被引入该成品活塞中。此外已完成燃烧室凹腔11的内部区域的加工。在这方面应该提到，在上部部件3与下部部件2之间的分界面12是成阶梯的，但也可以位于同一平面内。此外，关于在上部部件3与下部部件2之间的分界面12存在改变可能性。在图4B中可看出(从上面观察)在最上面的环形槽9与中间的环形槽之间的分界面12。但外部的分界面12也可以处在其上或其下。此外，在图4A和4B中示出的是冷却通道活塞，该冷却通道活塞围绕燃烧室凹腔11同心地具有径向环绕的冷却通道13。这样的冷却通道可以、但不是必须存在。同样地适于燃烧室凹腔11。同样，结构形式并不局限于此类的如其在图4中被示出的结构形式。在该结构形式中，成品活塞1具有两个对置的裙壁部分14，所述裙壁部分在活塞1的运行中支撑在内燃机的气缸壁上。这两个承重的裙壁部分14经由回缩的各连接壁15相互连接，其中，在各连接壁15中以本身已知的方式设置销孔16。除该结构形式外当然也可想到用于内燃机的活塞的其它结构形式，按照本发明的方法和按照本发明的构造可用到这些结构形式上。

图5示出按图1至4B的活塞的上部部件3′的活塞坯件8′的一种备选的设计方案，其中可看出：在该上部部件3′中存在多个传输孔17。借助于这些传输孔17可以在活塞的径向环绕的外部的冷却通道13与位于内部的内部区域18之间交换冷却介质。在一种这样的情况下，活塞具有外部的(在这里径向环绕的)冷却通道13和位于内部的实施为冷却室的内部区域18。基于各传输孔17的所示的布置，各所述传输孔可以更好地引入上部部件3′中并且在引入以后更好地去毛刺。

图6、7A和7B示出活塞1″的一种变型方案，该活塞特别是按照在载货汽车(NKW)中的要求而设计。图6示出活塞坯件8″，按该活塞坯件，上部部件3″和下部部件2″已被按照本发明来连接。图7A和7B示出完成的活塞1″，该完成的活塞已经受终加工。在这里特别是可看出，各环形槽9和在环形槽9的上面和下面的另外的刺孔19已被引入。

按照本发明的方法的另一重要的优点在于，通过按照本发明的形锁合，在上部部件3、3′、3″和下部部件2、2″的区域内的组织中不出现减弱。这样的减弱特别是在焊接时不利地出现。同样在熔焊连接或钎焊连接时以不利的方式形成凸起(特别是在摩擦焊接方法时形成摩擦焊接凸起)，这些凸起必须被去除，倘若这基于活塞1、1″的结构总的来说可以的话。如果在焊接时形成的凸起、特别是摩擦焊接凸起留在了在两个部件连接以后不再可接近的各区域内(例如在冷却通道13内)，那么这些凸起可能干扰地在活塞1、1″的运行中产生影响，这是因为例如冷却介质不可能不受阻碍地在冷却通道13中循环。按照本发明的形锁合的接合过程以特别有利的方式克服这些缺点。

附图标记列表

1活塞

1″活塞

2下部部件

2″下部部件

3上部部件

3′上部部件

3″上部部件

4槽

5榫

6区域

7接合面

8活塞坯件

8′活塞坯件

8″活塞坯件

9环形槽

10阀凹槽

11燃烧室凹腔

12分界面

13冷却通道

14裙壁部分

15连接壁

16销孔

17传输孔

18内部区域/冷却室

19刺孔

F接合方向

Claims (10)

1.内燃机的活塞(1、1″)、特别是冷却通道活塞，包括至少一个下部部件(2、2″)和至少一个上部部件(3、3′、3″)，其特征在于，所述至少两个活塞部件(2、2″、3、3′、3″)在它们的连接区域内具有对应的几何形状，以便实现形锁合的连接。

2.按照权利要求1所述的活塞，其特征在于，对应的几何形状实施为槽(4)和榫(5)。

3.按照上述权利要求之一所述的活塞，其特征在于，榫(5)至少在接合以后具有槽(4)的对应榫的轮廓。

4.按照上述权利要求之一所述的活塞，其特征在于，槽(4)在其截面中具有燕尾槽轮廓的负形。

5.按照上述权利要求之一所述的活塞，其特征在于，榫(5)至少在接合以后在其截面中具有燕尾槽轮廓。

6.按照上述权利要求之一所述的活塞，其特征在于，下部部件(2、2″)和上部部件(3、3′、3″)在实施形锁合过程以后持久地且不可拆地相互连接。

7.用于在用于内燃机的活塞(1、1″)的下部部件(2、2″)与上部部件(3、3′、3″)之间制造形锁合连接的方法，所述活塞特别是冷却通道活塞，其特征在于，在工作步骤中以一个接合方向制造形锁合连接。

8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于，将至少一个部件、即上部部件(3、3′、3″)或下部部件(2、2″)在连接之前加热到比环境温度明显更高的温度。

9.按照权利要求7或8之一所述的方法，其特征在于，榫(5)在接合过程中占据槽(4)的几何形状。

10.按照权利要求7至9之一所述的方法，其特征在于，通过热变形在活塞(1、1′)的下部部件(2、2″)与上部部件(3、3′、3″)之间形成不可拆的至少形锁合的连接。