CN105189999A - 两件式的钢活塞、接合过程 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的活塞(10)、特别是冷却通道活塞，该活塞具有至少一个下部件(2)和至少一个上部件(3)、以及至少一个燃烧室(13)并且具有至少一个环形槽(11)，其中，上部件(3)或下部件(2)以至少一个侧凹固定在下部件(2)上或在上部件(3)上，对本发明重要的是，上部件(3)包括至少一个燃烧室(13)和至少一个环形槽(11)。此外，本发明涉及一种用于制造根据本发明的活塞的方法。

Description

两件式的钢活塞、接合过程

技术领域

本发明涉及根据独立权利要求的相应前序部分所述的特征的一种活塞以及一种用于制造包括上部件和下部件的两件式的活塞的方法。

背景技术

EP1878902A2描述包括上部件和下部件的活塞的构造，该上部件和该下部件通过接合板条在接触区域的范围内支撑和相互连接。在这里，通过上部件相对于下部件的扭转产生夹紧连接、类似耦联。这在操作中是非常耗费的。

由DE102005030556B4已知通过形状锁合建立在用于内燃机的活塞的上部件和下部件之间的连接。在这里，不利的是，通过形状锁合接合的上部件仅构成活塞顶的一部分。

活塞、特别是冷却通道活塞包括上部件和下部件。在上部件中可以、但不是必须加工冷却通道。上部件包括面对缸的燃烧室的表面、以本身已知的方式包括环区并且可能包括燃烧室凹腔。下部件包括对置的支承的筒壁区段、连接筒壁区段的连接壁，其中，在连接壁中以本身已知的方式设置有销栓孔。两个部件可以由相同的或不同的材料制成。如果所述活塞是冷却通道活塞，则可以在将上部件和下部件接合在一起之前设置用于冷却通道的遮盖部，其中，这个遮盖部通过将所述两个部分接合在一起而固定在所述两个部件的确定位置上。备选和补充于此，也可以在将所述两个部件接合在一起之后与夹紧过程无关地设置所述遮盖部，或者当所述遮盖部由上部件和下部件夹住时，所述遮盖部也可以通过附加的措施、例如焊接或类似措施固定在所述两个部分的确定位置上并且通过所述附加的措施密封。所述两个部件可以以相同的方法或者以不同的方法、例如锻造、铸造或类似方法制造。

发明内容

因此，本发明的任务在于，省去在活塞的下部件和上部件之间的不利的分界面。

该任务通过具有独立权利要求所述的特征的一种活塞以及一种方法得以解决。

提出一件式地制成上部件，该上部件包括燃烧室凹腔和环区以及可选择的冷却通道。

相对于现有技术可有利地力求一种接合方向。

根据本发明规定，所述上部件包括至少一个燃烧室和至少一个环形槽。在至少两个待连接的部件机械地相互抓紧并且由于待连接的部件的几何形状在连接区域中保持存在连接时，所述连接被称为形状锁合。即使在待连接的部件之间不进行力传递或者说在待连接的部件之间的力传递中断，也保持所述连接。例如利用侧凹的连接、铆接或燕尾榫连接归为形状锁合的连接。

本发明涉及一种用于内燃机的活塞、特别是冷却通道活塞，该活塞具有至少一个下部件和至少一个上部件，以及至少一个燃烧室并且具有至少一个环形槽，其中，所述上部件或所述下部件利用至少一个侧凹固定在下部件上或在上部件上，其中，所述上部件包括至少一个燃烧室和至少一个环形槽。

此外，根据本发明规定，所述至少一个侧凹是开口的壁的组成部分。所述侧凹可以有利地与所述开口在一个工作步骤中制造。

此外，根据本发明规定，至少一个销在变形之后嵌接到所述侧凹中。由此，在包括侧凹的情况下实现稳固的形状锁合的连接。该连接几乎是不可松脱的并且即便可以的话，只能以非常高的耗费重新松脱。

此外，根据本发明规定，所述销的体积几乎精确地等于所述开口的容积。由此，确保销填满整个例如圆柱形的开口。这导致可靠的高强度的连接。所述开口几乎构造成圆柱形的，其中，该开口在销的进入区域中具有比在对置的侧上小的直径。所述开口由相应于截锥体的周面的壁界定，其中，所述截锥体以“尖端”朝销的方向指向。“几乎精确地”在上下文中意味着，销的体积(也就是应定位在开口中的体积)应小于或最大等于开口的容积。

此外，根据本发明规定，设置有至少一个封闭元件、特别是环，用于封闭冷却通道。

这样的封闭元件构造为一件式的，但也可以构造为多件式的，例如包括两个或多于两个部件。此外，根据冷却通道的形状，所述至少一个封闭元件匹配于冷却通道的几何形状。如果冷却通道构造为(例如关于活塞冲程轴线)旋转对称的，则封闭元件的一个部分(或者构成封闭元件的多个部分)构造为旋转对称的。然而，如果冷却通道的几何形状不是旋转对称的(例如蛋形的、椭圆形的或其他几何形状)，则所述至少一个封闭元件也与此相应地匹配，亦即，也不构造为旋转对称的。

根据本发明规定一种用于制造用于内燃机的两件式的活塞、特别是冷却通道活塞的方法，该活塞具有下部件和上部件，该方法包括以下步骤：提供具有至少一个开口或至少一个销的下部件，提供具有至少一个销或至少一个开口的上部件，其中，所述至少一个销在力作用下填满所述至少一个开口的侧凹。

此外，根据本发明规定，在接合之前至少将所述至少一个销加热到明显在室温之上的温度。由此，支持接合过程，因为待接合的材料可更容易地变形。

概念“室温”在通常情况下可理解为这样的温度，在所述温度中进行这样的活塞的制造过程。由此，是对于在这样的生产车间中活动的人员来说可承受的温度。由此，在接合之前所述至少一个销被加热到的温度显著处于所述室温之上、例如明显高于100摄氏度。如果作为接合过程进行冷锻或热锻，则考虑明显在200摄氏度之上。例如在半热锻时在高于300摄氏度(+/－20％)的温度范围内工作。在热锻时，温度还明显高于此。

此外，根据本发明规定，在将下部件和上部件接合之前置入环，用于构成冷却通道。由此，可以可选择地制造具有冷却通道的活塞，无需改变模具。

此外，根据本发明规定，在接合之后将至少一个环形槽加工到所述上部件中。环形槽用于容纳用于内燃机中的至少一个活塞的活塞环。

此外，根据本发明规定，实现在下部件和上部件之间的、不可松脱的、形状锁合的连接。由此，产生一定程度上一件式的活塞，然而，该活塞可以由不同的材料制成。所述材料必须不便于达到材料锁合的连接，因为根据本发明实现高强度的形状锁合的连接。

根据本发明的形状锁合这样构成，使得该形状锁合抵抗在运行时在内燃机中遭受的力。这在大多数情况下是这样的力，所述力的矢量平行于活塞的中央的纵轴线延伸。

附图说明

与附图相关地解释本发明的详细细节。附图中：

图1A至1D示出用于准备在活塞的下部件和上部件之间的接合过程的流程，

图2A至2D示意性示出用于活塞的接合过程的流程，

图3示出活塞坯件的剖视图，以及

图4A至4B示出活塞部件的多个视图。

具体实施方式

在以下的附图说明中，如上、下、左、右、前、后等等的概念仅参照所述装置和其他元件的在相应的附图中所选择的示例性的图示和位置。这些概念不应理解成局限性的，亦即，通过不同的位置和/或镜像对称的设计等等可以改变这些参照关系。

图1A至2D以冷却通道活塞为例示出根据本发明的接合过程。所述方法不局限于冷却通道活塞，没有冷却通道的活塞也可以按照根据本发明的方法制成。

所有图1A至1D示出活塞坯件1的上部件3的底侧(在运行位置中)的俯视图。

在图1A中，用于构成冷却通道7的环4装入处于顶端上的上部件3中。当之后提供下部件2并且使用根据本发明的连接方法时，环4固定地处于下部件2和上部件3之间。于是，环4密封地封闭处于其下面的(在运行位置中处于其上面的)空腔，用于构成冷却通道7。

图1B示出在接合下部件2之前的包括置入的环4以及销5的上部件3。在这种情况下，可明显地看出用于建立在下部件2和上部件3之间的形状锁合的连接的四个销5。然而，也可以仅设置有两个销5或多于四个销5。

图1C示出在接合之前下部件2的提供。为了接合，特别是可以将销5加热到明显在环境温度之上的温度。这支持销5的接着的变形过程。

图1D示出现在一件式的活塞坯件1，该活塞坯件由下部件2和上部件3制成。通过下部件2的透明的图示可看到销5在接合之后的变形。

图2A至2D类似于图1A至1D地示出在根据本发明的连接的区域中的剖视图。图2D清楚地示出销5在变形之后完全填满开口6的对应形状。

图2A和2B示出在接合之前下部件2的提供。此外，图2B示出销5在接合之前的尺寸x大于在接合之后的在图2D中拉紧(anziehen)的尺寸y。所述尺寸x和y涉及从分界面8起测量的销5的高度。销5的在高度方面“多余的”材料这样估算，使得在接合过程之后该“多余的”材料完全填满开口6。在图3中画出的角度α说明开口6具有侧凹。销5的“多余的”材料在接合过程中压入该侧凹的区域中。销5的材料量必须准确地与开口6的容积相一致，以便上部件3和下部件2可以在分界面8中平坦地、相互贴靠地接合。由此，销5在接合过程之前和之后的体积精确地等于开口6的容积。在接合过程之前可以至少将销5加热到明显高于室温的温度，这使变形过程变得简单并且使销5的材料几乎流入开口6中。在接合过程结束之后，下部件2和上部件3不可松脱地连接成活塞坯件1。在其他过程步骤中，例如将环形槽加工到上部件3中。

在图3中，以穿过根据本发明的连接部位的剖视图示出活塞坯件1。画出描绘活塞10的之后的外轮廓的线9。也可看到的是，连接部位处于销栓孔12旁边的上方。在这里，存在足够的材料以确保在下部件2和上部件3之间的、固定的、可靠的连接。在图3中以8标记在下部件2和上部件3之间的分界面。

图4A示出根据本发明制造的活塞10的透视图，其中，下部件2和上部件3隔开距离地示出。图4B再次示出在分界面8中的下部件2和上部件3的俯视图。在上部件3上加工出已经在图3中通过线9标记的环形槽11。当在想象中部件2和3接合在一起时，存在完成的活塞10。

不仅在发明内容描述部分中、而且在附图说明中，概念“开口”(在附图说明的部分中设有附图标记6)在如下意义中使用，即，在上部件中(总体)或在上部件3中(按照实施例)除去如下体积(空隙)，销(总体)或附图说明中的附图标记5插入该体积中并且在该体积中变形。在此，销由下部件(总体或实施例中的下部件2)构成。也可设想的是，下部件中的所述至少一个空隙和所述至少一个相对应的销是上部件的组成部分。重要的是，销和空隙(或开口)这样相互协调，使得销的体积在变形之后填满空隙(开口)的容积。通过销的所产生的变形将该销“紧紧抓住”在空隙中，从而由此上部件和下部件在所述意义中不可松脱地相互连接，从而上部件和下部件不再相对于彼此可运动地设置。仅通过在运行中未出现的和由此非常高的力，下部件和上部件可能相互分开。

附图标记列表：

1活塞坯件

2下部件

3上部件

4环

5销

6开口

7冷却通道

8分界面

9线

10活塞

11环形槽

12销栓孔

13燃烧室

x在接合之前的尺寸

y在接合之后的尺寸

α角度

Claims (10)

1.用于内燃机的活塞(10)、特别是冷却通道活塞，该活塞具有至少一个下部件(2)和至少一个上部件(3)、以及至少一个燃烧室(13)并且具有至少一个环形槽(11)，其中，上部件(3)或下部件(2)以至少一个侧凹固定在下部件(2)上或在上部件(3)上，其特征在于，所述上部件(3)包括至少一个燃烧室(13)和至少一个环形槽(11)。

2.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述至少一个侧凹是开口(6)的壁的组成部分。

3.根据上述权利要求之一所述的活塞，其特征在于，至少一个销(5)在变形之后嵌接到所述侧凹中。

4.根据上述权利要求之一所述的活塞，其特征在于，所述销(5)的体积几乎精确地等于所述开口(6)的容积。

5.根据上述权利要求之一所述的活塞，其特征在于，设置有至少一个封闭元件、特别是环(4)，用于封闭冷却通道(7)。

6.用于制造用于内燃机的两件式的活塞、特别是冷却通道活塞的方法，该活塞具有下部件(2)和上部件(3)，该方法包括以下步骤：

提供具有至少一个开口(6)或至少一个销(5)的下部件(2)，

提供具有至少一个销(5)或至少一个开口(6)的上部件(2)，

其特征在于，所述至少一个销(5)在力作用下填满所述至少一个开口(6)的侧凹。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在接合之前至少将所述至少一个销(5)加热到明显在室温之上的温度。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，在将下部件(2)和上部件(3)接合之前置入环(4)，用于构成冷却通道(7)。

9.根据权利要求6至8之一所述的方法，其特征在于，在接合之后将至少一个环形槽(11)加工到所述上部件(3)中。

10.根据权利要求6至9之一所述的方法，其特征在于，实现在下部件(2)和上部件(3)之间的、不可松脱的、形状锁合的连接。