DD142372A1

DD142372A1 - COOLED COMPOSITE PISTON WITH RINGER

Info

Publication number: DD142372A1
Application number: DD21156479A
Authority: DD
Inventors: Peter Wiesner; Goetz Sobisch; Lutz Buechner
Original assignee: Peter Wiesner; Goetz Sobisch; Lutz Buechner
Priority date: 1979-03-14
Filing date: 1979-03-14
Publication date: 1980-06-18

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen gekühlten Verbundkolben mit Ringträger für schnellaufende Ilochleistungs-Dieselmotoren. Ziel ist, einen technologisch einfach herstellbaren gekühlten Verbundkolben mit Ringfcräger zu schaffen. Die Aufgabe, die Konstruktion eines derartigen Verbundkolbens so zu gestalten, daß eine funktionssichere Verbindung der Kolbenteile miteinander gewährleistet ist, wird erfindungsgemäß durch einen aus .zwei oder mehreren verschiedenartigen Metallen oder Metallegierungen bestehenden Kolben dadurch gelöst, daß dessen Stahl- oder Aluminiümlegierungsoberteil mit einer für den oberen Kolbenring vorgesehenen Nut ausgestattet ist oder* gegebenenfalls einen die Nut aufnehmenden Stahlring besitzt, wobei das Stahl- oder Aluminiumlegierungsoberteil über einen Kühlkanal verfügt, dessen Ende sich iri dem Aluminiumguß-Grundkörper fortsetzt und das Stahl- oder Aluminiumlegierungsoberteil und gegebenenfalls der Stahlring mit dem Aluminiumguß-Grundkörper durch Diffusionsschweißen durch einen Arbeitsgang miteinander verbunden sind. - Fig.2 —The invention relates to a cooled composite piston with Ring carrier for high-speed Ilochleistungs diesel engines. The goal is, a technologically easy to produce cooled composite piston with To create Ringfcräger. The task, the construction of a Such composite piston to make so that a functionally reliable Connection of the piston parts with each other is guaranteed according to the invention by one of .two or more different types Metals or metal alloys existing pistons solved by that its steel or aluminum alloy shell with a for the the upper piston ring is provided groove or * optionally having a groove receiving steel ring, wherein the steel or Aluminum alloy shell has a cooling channel whose end iri continues the cast aluminum body and the steel or Aluminum alloy upper part and optionally the steel ring with the Cast aluminum basic body by diffusion welding by a Operation are connected. - Fig.2 -

Description

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Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft einen gekühlten Verbundkolben mit Ringträger, vorzugsweise für Schnellaufende Hochleistungs-Dieselmotoren, insbesondere für den Einsatz von LKV/-, Bahn- und Schiffsantrieben«,The invention relates to a cooled composite piston with ring carrier, preferably for high-speed high-speed diesel engines, in particular for the use of LKV / -, rail and marine propulsion systems,

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Es ist bekannt, daß die effektive Motorleistung bei gleicher Motorgröße bei Dieselmotoren durch das Einbringen von Kühlkanälen in die Kolben erhöht werden kann. Das Einbringen des Kühlkanals kann auf verschiedene Weise erfolgen₀ So ist es' bekannt, den Kühlkanal vom Kolbenboden her einzustechen oder einzuschmieden» Anschließend deckt man den Kühlkanal mit einer Kupfereinlage ab, schweißt ihn unter Schutzgas zu und löst danach den Kupferring aus.It is known that the effective engine power for the same engine size in diesel engines can be increased by the introduction of cooling channels in the pistons. The introduction of the cooling channel can be done in various ways ₀ So it is' known to stab or forge the cooling channel from the piston head »Then covers the cooling channel with a copper inlay, welds it under inert gas and then triggers the copper ring.

Nach Η« Hummel "Elektronenstrahlgeschweißte Kolben" ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein Kupferring mit Leichtmetall umgössen wird, anschließend der Gießling zum Kolbenrohling verpreßt und nachfolgend die Auslösung des Kupferringes vorgenommen wird.After Η "bumblebee" electron beam welded piston "is known a method in which a copper ring is surrounded with light metal, then the casting is pressed to the piston blank and subsequently the triggering of the copper ring is made.

Bei beiden vorgeschlagenen Lösungen ist eine Verwendung von metallisch gebundenen Ringträgern nicht möglich, wodurch die Einsatzmöglichkeit derartiger Kolben begrenzt ist«. Weiterhin ist bekannt, zwangsgekühlte Kolben mittels Schwerkraftkokillenguß durch das Eingießen spezieller Kühlelemente herzustellen. Eine solche Herstellung eignet · sich jedoch nicht für eine Serienproduktion. Das für eine Serienfertigung geeignete Flüssigpressen der Kolben gestattet wiederum das Einbringen von Kühlkanälen nicht«In both proposed solutions, a use of metallically bonded ring carriers is not possible, whereby the possibility of using such piston is limited. Furthermore, it is known to produce forced-cooled pistons by means of gravity die casting by pouring special cooling elements. However, such a production is not suitable for mass production. The liquid presses of the pistons, which are suitable for series production, in turn do not permit the introduction of cooling ducts «

Eine Möglichkeit bietet das Elektronenstrahlschweißen, das mehrere konstruktive Lösungen zuläßt. So ist bekannt, den Ringkanal von oben oder von der Seite einzustechen und anschließend mit Hilfe des Elektronenstrahles einen Ring ein- oder anzuschweißen. Das Elektronenstrahlschweißen begrenzt die für die Kolben einsetzbaren Legierungen« Neben der schwer beherrschbaren Schweißtechnologie kann es leicht zu Ringträgerauslösungen kommen₀ One possibility is the electron beam welding, which allows several constructive solutions. It is known to pierce the annular channel from above or from the side and then with the help of the electron beam a ring or weld. Electron beam welding limits the alloys that can be used for the pistons "In addition to the difficult-to-control welding technology, ring carrier releases can easily occur ₀

Aus der DD-PS 97 7^2 ist ein Kolben aus einer Leichtmetalllegierung mit einer Schutzkappe bzw. Schutzplatte aus warmfestem Metall für Brennkraftmaschinen bekannt, wobei erfindungsgemäß der Kolbenkörper und die Schutzkappe bzw« Schutzplatte durch Reibschweißen miteinander verbunden sind.From DD-PS 97 7 ^ 2 a piston made of a light metal alloy with a protective cap or protective plate made of heat-resistant metal for internal combustion engines, according to the invention, the piston body and the cap or «protective plate are interconnected by friction welding.

Der Nachteil bei dieser Kolbenkonstruktion besteht darin, daß die beim Reibschweißvorgang typisch entstehende Wulst im Kühlkanal nicht abgearbeitet werden kann und die Gefahr besteht, daß nicht festhaftende Werkstoffanteile dieser Wulst in den Ölkreislauf gelangen.The disadvantage of this piston construction is that the bead typically formed in the friction welding process can not be processed in the cooling channel and there is a risk that non-adherent material components of this bead will enter the oil circuit.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Durch die Erfindung ist ein technologisch einfach herstellbarer gekühlter Verbundkolben mit Ringträger zu schaffen.The invention provides a technologically simple to produce cooled composite piston with ring carrier to create.

Das Wesen der ErfindungThe essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen zwangsgekühlten Verbundkolben mit einem metallisch gebundenen Ringträger zu entwickeln und dessen Konstruktion so zu gestalten, daß eine funktionssichere Verbindung der Kolbenteile miteinander gewährleistet ist.The invention has for its object to develop a forced-cooled composite piston with a metallically bonded ring carrier and to design its construction so that a functionally reliable connection of the piston parts is guaranteed each other.

Erfindungsgemäß ist die Lösung gekennzeichnet durch einen aus zwei oder mehreren verschiedenartigen Metallen oder Metallegierungen bestehenden Kolben, dessen Stahl- oder Aluminiumlegierungsoberteil mit einer Nut ausgestattet ist, die mit Hilfe eines Elektronenstrahles eingestochen ist. Das Oberteil des Kolbens kann gegebenenfalls mit einem Stahlring versehen werden, in welchem die Nut für den oberen Kolbenring eingearbeitet ist. Das Stahl- oder Aluminiumlegierungsoberteil des Kolbens verfügt über einen Kühlkanal, dessen Ende sich in dem Aluminiumgußgrundkörper fortsetzt. Das Stahloberteil kann aber auch nur den oberen Abschluß des Kühlkanales. bilden. Vorbrennkammer sowie an-, dere Vertiefungen können in das Stahloberteil eingearbeitet werden. Sie sind dabei nicht an die Dicke des Stahloberteiles gebunden, sondern können sich im Aluminiumguß-Grundkörper fortsetzen.According to the invention, the solution is characterized by a consisting of two or more different types of metals or metal alloys piston whose steel or aluminum alloy upper part is equipped with a groove which is pierced by means of an electron beam. The upper part of the piston may optionally be provided with a steel ring, in which the groove for the upper piston ring is incorporated. The steel or aluminum alloy top of the piston has a cooling channel whose end continues in the cast aluminum body. The steel top can also only the upper end of the cooling channel. form. Pre-combustion chamber and other, depressions can be incorporated into the steel top. They are not bound to the thickness of the steel shell, but can continue in the cast aluminum body.

Nach der fertigen Bearbeitung des Stahl- oder Aluminiumlegierungsoberteiles und des Aluminiumguß-Grundkörpers werden diese und gegebenenfalls der Stahlring in einem Arbeit s~After the finished machining of the steel or aluminum alloy upper part and the cast aluminum body, these and optionally the steel ring in a work s ~

durch Diffusionsschweißen miteinander verbunden. Das Diffusionsschweißen gestattet das Verbinden von Stahl mit Aluminium und dessen Legierungen, wobei eine solche Verbindungconnected by diffusion bonding. Diffusion welding allows joining of steel to aluminum and its alloys, such a connection

die Eigenschaften der Grundwerkstoffe erreicht und absolut dicht isto Aufgrund des geringen Druckes und der niedrigen Schweißtemperatur treten beim Diffusionsschweißen der Kolben nur sehr geringe Verformungen auf.the properties of the base materials are reached and they are absolutely tight Due to the low pressure and the low welding temperature, only very slight deformations occur in the diffusion welding of the pistons.

Da beim Diffusionsschweißen mehrere flächenhafte Verbindungen auf einmal hergestellt werden können, ist es möglich, statt des Stahloberteiles eine schmale Stahlscheibe, welche die Kingträgernut aufnimmt, in. den Kolben einzuschweißen.Since multiple laminar connections can be produced at the same time in diffusion welding, it is possible, instead of the steel upper part, to weld a narrow steel disc, which accommodates the king carrier groove, into the piston.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachstehend anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In den'zugehörigen Zeichnungen zeigen :.The invention will be explained in more detail below with reference to two exemplary embodiments. In the accompanying drawings show:.

Figo 1 : einen Verbundkolben mit einem StahloberteilFigo 1: a composite piston with a steel top

Fig. 2 : den gleichen Verbundkolben gemäß Fig. 1 mit einem Aluminiumlegierungsoberteil.FIG. 2 shows the same composite piston according to FIG. 1 with an aluminum alloy upper part. FIG.

Gemäß'Fig, 1 besteht der Verbundkolben aus einem Stahloberteil 1 und dem Aluminiumguß-Grundkörper 2. In das Stahlober- teil 1 ist die Nut 3 für den oberen Kolbenring und der Kühlkanal 4 eingearbeitet. Ein Ende des Kühlkanales 4 setzt sich im Aluminiumguß- Grundkörper 2 fort. Das Stahloberteil 1 und der Aluminiumguß-Grundkörper 2 werden durch Diffusionsschweißen miteinander verbundeneAccording to FIG. 1, the composite piston consists of a steel upper part 1 and the cast aluminum base body 2. In the steel upper part 1, the groove 3 for the upper piston ring and the cooling channel 4 is incorporated. One end of the cooling channel 4 continues in the cast aluminum base body 2. The steel shell 1 and the cast aluminum base body 2 are bonded together by diffusion bonding

Fig. 2 zeigt den gleichen Verbundkolben mit einem Aluminiumlegierungsoberteil 5j einem Aluminiumguß-Gr-undkörper 2 und einem im Aluminiumlegierungsoberteil 5 befindlichen Stahlring 6. Die Nut 3 für den oberen Kolbenring ist in den Stahlring 6 eingearbeitet. Der Kühlkanal 4 befindet sich im Aluminiumlegierungsoberteil 5 und setzt sich im Aluminiumguß-Grundkörper 2 mit seinem Ende fort. Er wird begrenzt •durch den Stahlring 6„ Aluminiumlegierungsoberteil 5> Stahle ring 6 und Aluminiumguß-Grundkörper 2 werden in einem Arbeitsgang durch Diffusionsschweißen miteinander verbunden.2 shows the same composite piston with an aluminum alloy upper part 5j an aluminum casting green body 2 and a steel ring 6 located in the aluminum alloy upper part 5. The groove 3 for the upper piston ring is incorporated in the steel ring 6. The cooling channel 4 is located in the aluminum alloy upper part 5 and continues in the cast aluminum base body 2 with its end. It is limited • by the steel ring 6 "aluminum alloy shell 5> steel ring 6 and cast aluminum body 2 are joined together in a single operation by diffusion bonding.

Claims

a 8 Claim for invention

1. Cooled composite basket with ring carrier, preferably. for high-speed, high-speed diesel engines, in particular for the use of lorries, trains and ships, characterized by a piston consisting of two or more dissimilar metals or metal alloys, its steel or aluminum alloy top (1; 5) with an anger (3) or, if necessary, has a "t" v steel ring (6) receiving the groove (3) and the steel or aluminum alloy

has a cooling channel (4),. whose end is in the Aluminiumgußgrundkörper (2)

where 'steel or aluminum alloy. top part (1; 5) and steel part (6) with the cast aluminum main body (2) by diffusion welding through a. , Operation are connected.

2. Cooled composite piston with ring carrier according to item 1, characterized in that the steel ring (6) is provided as a boundary for the cooling channel (4) ·

3 · Cooled composite piston with ring carrier according to item 1, ^. Characterized by the fact that a narrow, the L \ Tut G) receiving steel disc is arranged.

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