CN108138692B - 具有外螺纹连接部的活塞 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种内燃机的活塞(11)，该活塞包括下部件(12)和上部件(13)，所述上部件具有活塞顶，其中，所述下部件(12)和所述上部件(13)通过力锁合和/或形锁合接合成所述活塞(11)，其特征在于，在下部件(12)和上部件(13)之间设有外螺纹(1、17)。

Description

具有外螺纹连接部的活塞

技术领域

本发明涉及一种内燃机活塞。

背景技术

具有上部件和下部件并且借助于螺纹连接件彼此连接的活塞、尤其是大型活塞是已知的。在这些已知的大型活塞中，在上部件和下部件之间存在面状的支承部，当例如设计为膨胀螺钉的螺纹连接件已连接时，上部件通过该支承部支撑在下部件上。

然而，在实践中已证实的是，在尤其是大型活塞运行期间由于变化的温度和压力可能导致过压，从而这种螺纹连接件、尤其是在中央设计在活塞冲程轴线区域中的螺纹连接件是不利的。

为了克服该缺点，已想到的是，不仅仅设置一个螺纹连接件，而是围绕活塞冲程轴线同心地设置多个螺纹连接件。但这意味着，不仅活塞下部件而且活塞上部件的提高的加工花费。此外，必须对多个螺钉进行预备和装配，使得由此提高了装配花费。此外存在这样的危险：在装配时遗忘多个螺钉中的某个螺钉。另外，不仅由于对多个螺钉的加工，而且由于对多个螺钉的预备，提高了成本花费。

发明内容

因此，本发明的任务在于，提供一种活塞，利用该活塞可以降低制造成本并且降低部件多样性并且该活塞在内燃机中运行中是无功能故障的。

该任务通过一种内燃机的活塞解决。

根据本发明，在活塞的下部件和上部件之间设有外螺纹，借助于该外螺纹将这两个部件通过螺纹连接彼此连接。该外螺纹围绕活塞冲程轴线同心地设置在活塞的所述两个部件上，使得这两个部件通过螺纹连接彼此连接，以便实现一个可交付的活塞、尤其是大型活塞。术语“外螺纹”在此理解成，使得彼此应螺纹连接的上部件和下部件的彼此相对应的区域具有彼此相对应的螺纹。此外，术语“外螺纹”应阐明为，使得所述外螺纹不是在活塞冲程轴线的区域中的螺纹或螺纹连接件，而是该螺纹构造和设置用于将上部件和下部件围绕活塞冲程轴线同心地螺纹连接。

在本发明的扩展方案中，在下部件和上部件之间设有至少两个支撑部。这意味着，不仅如现有技术已知的那样下部件的一个支承面与上部件的一个支承面相对应，而是分别在一个下部件上和分别在一个上部件上设有至少两个彼此分离的支承面。由此，上部件和下部件的在活塞运行中应相互支撑的区域可优化地彼此协调。所述至少两个面状的支撑区域可以构造成，使得相互面向的支撑区域中的至少一个支撑区域全面地相互贴靠(不仅在活塞的静止状态中而且在运行期间)，在该情况下所有的支撑面也可相互贴靠。

取而代之，在本发明的扩展方案中规定，至少在静止状态中在上部件和下部件之间至少一个支撑部的区域中存在间隙。这意味着，存在主支撑部和辅支撑部，其中，主支撑部在活塞的静止状态中(即在安装到内燃机中之前或者在内燃机停机时)使上部件利用主支撑部支撑在下部件上，并且存在辅支撑部，该辅支撑部在静止状态中(又在活塞的未安装状态中或者说在内燃机停机时)实现在上部件和下部件之间的间隙。只有当内燃机处于运行时，所述间隙才基于温度加载和点火压力加载关闭，使得由此补偿事先存在的公差。由此还可以以特别有利的方式实现，克服在运行期间在内燃机的气缸中的活塞变形，以便有效地避免活塞由于过压受损伤(在没有这种间隙的情况下是这种后果)。

在本发明的扩展方案中，至少设有一个螺母，用于维持在内燃机运行期间在活塞的下部件和上部件之间的预紧。在另一种设计中，该螺母可以通过盘形弹簧辅助。当将螺母相对于盘形弹簧拧紧时，在螺母和可选的盘形弹簧的配合作用中形成第三支撑部。在此要指出的是，螺母和可选的盘形弹簧不具有将上部件与下部件连接的任务和作用，因为外螺纹作用于此。而螺母和可选的盘形弹簧具有如下作用：在内燃机运行(发动机运转)期间尤其是在例如第二支撑部(辅支撑部)形成间隙的情况下也保持所述预紧。

在本发明的扩展方案中规定，外螺纹由上部件的环绕的接片或下部件的相对应的环绕的接片构成。上部件和下部件的彼此面向的螺纹区域可以在制造这两个部件时一并被加工出。取而代之，这些螺纹区域可以在制造这两个部件之后在事后进行加工。特别有利的是上部件构造为具有环绕的、即向下敞开的环绕的接片，该接片具有内螺纹、即指向活塞冲程轴线的方向的螺纹。通过该区域可以将上部件拧接到相对应的外螺纹、即背离活塞冲程轴线指向的螺纹上。上部件(环绕的接片)和下部件(同样环绕的接片)的这两个区域在单独制造这两个部件时可非常良好地实现，从而配属的螺纹的事后成型是适宜的。

在这两个部件制造成并且(随着制造一起)设置螺纹之后或者说在事后设置螺纹之后，可以将两个部件彼此螺纹连接，其中，当上部件以其配属的至少一个支撑面贴靠到下部件的配属的至少一个支撑面上时，才结束螺纹连接过程。之后可以结束螺纹螺接过程。也可设想设置一个抗扭装置。抗扭装置例如可以是螺钉、销、铆钉或类似物，它们阻止活塞的这两个部件彼此相对运动。取而代之或附加于此地，也可设想，在结束螺纹连接过程之后将这两个部件彼此材料锁合地(例如通过熔焊、钎焊、粘接或类似方法)持久地彼此连接。

附图说明

下面对按本发明的活塞的不同实施方式进行说明并且借助附图对此进行阐述。在附图中：

图1示出活塞沿着其螺栓轴线的剖视图；

图2示出根据图1的活塞的横向于其螺栓轴线的剖视图；

图3示出活塞的横向于其螺栓轴线的另一种实施例；并且

图4示出活塞的另一种实施例。

具体实施方式

图1和2以两个不同的视图示出活塞11，其中，活塞11由下部件12和上部件13构成。这两个部件12、13以适宜的方式(例如通过锻造、浇注或类似方法)制成。材料可以是相同的或不同的。下部件12具有本身已知的元件，例如承载裙壁部段、活塞销毂、螺栓孔和类似元件。上部件13具有与下部件12相同的活塞冲程轴线14，该上部件具有本身已知的元件，例如环区、可选的燃烧室凹腔和可选的冷却通道15。冷却通道15在该实施例中是存在的，但也可省去。

基于下部件12和上部件13的几何结构，所述下部件和上部件围绕活塞冲程轴线14同心地借助于外螺纹1彼此连接。此外，设有主支撑部2、辅支撑部4以及可选的第三支撑部3。经由外螺纹1将上部件13和下部件12彼此螺纹连接。由此，该外螺纹1承载在将这两个部件连接时的主要负荷。该螺纹也用于将上部件13与下部件12实际地保持(连接)。在安装之后至少形成主支撑部2，该主支撑部在任何情况下都是需要的。附加地形成辅支撑部4，该辅支撑部在完成拧接过程之后在静止状态中使两个部件12、13的相对应的面贴靠或者构成间隙。当这两个部件12、13完成彼此螺纹连接之后，在该辅支撑部的区域中构造有间隙是特别有利的。经由该间隙一方面可以补偿在内燃机运行期间活塞的变形，另一方面该间隙仅在静止状态中存在。在活塞在内燃机中运行期间，所述间隙由于活塞的变形和/或温度升高而减小，使得在辅支撑部4的区域中下部件12和上部件的所属的区域同样如主支撑部2的区域那样相贴靠，从而由此有效地实现在内燃机运行期间活塞的稳定性，但同时也避免过压并且因而损伤、例如裂纹。

在图1和图2中的实施例的活塞11中，在活塞冲程轴线14的区域中还设有螺母5，该螺母可以与盘形弹簧6配合作用，但不是必须如此。当螺母5相对于盘形弹簧6拧紧时，由此形成第三支撑部3。但螺母5和盘形弹簧6不用于将上部件13与下部件12连接，而是用于在活塞11在内燃机中运行期间保持预紧。对此建议通过盘形弹簧6的作用来提高螺母5的作用，可选地也可以省去盘形弹簧6。此外，下部件12在一个区域7中设计成，使得在拧紧螺母5时所述区域7被拉(压)向上部件13。由此在上部件13和下部件12之间产生另外的预紧。当已证实所述预紧可仅由所述区域7施加时，盘形弹簧6可以省去。如所示地，螺母5的螺纹设置在上部件13的锻造的延长部8上。这仅用于阐述，因为上部件13的延长部8也可被螺钉替代。

在根据图1和图2的实施例中，为了构成外螺纹1，上部件13构成环绕的接片20，而对此相对应地，下部件12构成环绕的接片21，。所述环绕的接片20如所示地在横截面中是大致矩形的并且相对薄的，而下部件12的环绕的接片21通过下部件12构造成实心的。当然可设想上部件13和下部件12的其它造型来形成外螺纹1。

在图3中示出活塞11的另一种实施例，在此可见，环形的环绕的冷却通道15可具有向上指向的扩展孔16。为了提高冷却效果，多个在周边上分布的扩展孔从冷却通道15出发被加工到上部件13中。在该实施例中，也有一个以17表示的外螺纹(类似于在前述实施例中的外螺纹1)，在此在根据图3的该活塞11中也存在所述至少一个主支撑部2和辅支撑部4(可选地第三支撑部3)。同样地，也存在所述彼此相对应的接片20、21。

不同于根据图1和图2的实施例，根据图3的活塞11具有内部区域18，而没有螺母5、没有盘形弹簧6并且没有延长部8。此外，该活塞11不具有燃烧室凹腔，但可选地该燃烧室凹腔是可存在的。内部区域18在螺栓孔上方成型并且同样可用于冷却目的。

图4示出活塞11(例如对应于根据图3的活塞11)的局部，其中，在下部件12和上部件13之间还设有抗扭装置19。该抗扭装置19可以是销、螺钉、用于嵌入到对置部件的凹部中的弹簧加载的销或类似物。在此，所述抗扭装置是力锁合或形锁合的抗扭装置19。替选于此或附加于此，也可以材料锁合地(例如钎焊、熔焊、粘接或类似方式)防止这两个部件12、13在运行中在内燃机中彼此扭转。

在制造方面还要进行下述说明。上部件13和下部件12可以在一个副主轴机(Gegenspindelmaschine)上进行加工。在加工出外螺纹1、17(即在下部件12和上部件13上的相对应的螺纹区域)和可选的内轮廓(例如内部区域18)之后，将两个部件12、13拧接在一起。精加工、即径向间隙由此在组装状态中进行，使得在上部件13和下部件12之间不产生同轴度。附加地，还可在锻造的延长部8和下部件12上安装一个配件9，使得在活塞11在内燃机中的运行中在上部件和下部件之间的相对运动尽可能小或者根本不再存在。对此可以(但非必须)考虑抗扭装置19。

一般性地再次要说明的是，在静止状态中在下部件和上部件之间至少在支撑部的区域中可以存在间隙。实现了一种简单和有效的活塞连接，而不需要焊接。在不需要焊接或夹紧的情况下实现了下部件与上部件的简单和可靠的连接。由此，下部件和上部件通过力锁合和/或形锁合可分离地接合成一个活塞。如果在下部件和上部件之间的螺纹连接设计成预紧的，则该螺纹连接是力锁合的连接。如果在下部件和上部件之间的螺纹连接设计成不预紧的，则该螺纹连接是形锁合的连接。在将下部件和上部件连接成一个活塞时，也可存在在力锁合和形锁合之间的混合形式。

附图标记列表

1 外螺纹

2 主支撑部

3 第三支撑部

4 辅支撑部

5 螺母

6 盘形弹簧

7 区域

8 延长部

9 配件

11 活塞

12 下部件

13 上部件

14 活塞冲程轴线

15 冷却通道

16 扩展孔

17 外螺纹

18 内部区域

19 抗扭装置

20 环绕的接片

21 环绕的接片

Claims (4)

1.内燃机的活塞(11)，该活塞包括下部件(12)和上部件(13)，所述上部件具有活塞顶，其中，所述下部件(12)和所述上部件(13)通过力锁合和/或形锁合接合成所述活塞(11)，其特征在于，在下部件(12)和上部件(13)之间设有外螺纹(1、17)，在下部件(12)和上部件(13)之间设有主支撑部(2)和辅支撑部(4)，所述主支撑部(2)在活塞的静止状态中使上部件(13)利用主支撑部支撑在下部件(12)上，在活塞的静止状态中在辅支撑部(4)的区域中在下部件(12)和上部件(13)之间存在间隙并且在内燃机运行期间上部件(13)与下部件(12)在辅支撑部(4)的区域中相贴靠。

2.根据权利要求1所述的活塞(11)，其特征在于，至少设有一个螺母(5)，用于在内燃机运行期间维持在活塞(11)的下部件(12)和上部件(13)之间的预紧。

3.根据权利要求1所述的活塞(11)，其特征在于，设有一个螺母(5)和一个盘形弹簧(6)，用于在内燃机运行期间维持在下部件(12)和上部件(13)之间的预紧。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的活塞(11)，其特征在于，所述外螺纹(1、17)由上部件(13)的环绕的接片(20)或下部件(12)的相应的环绕的接片(21)构成。

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