DE10042207A1 - Cast aluminum engine piston for demanding applications has conical insert of heat resistant alloy welded between base and gudgeon pin bores - Google Patents

Cast aluminum engine piston for demanding applications has conical insert of heat resistant alloy welded between base and gudgeon pin bores

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Abstract

The main body of the piston (12) is cast in aluminum or aluminum alloy. From the base of the piston up to the region between the gudgeon pin bores, this has a penetrating recess. A largely conical reinforcing insert (16) of highly heat-resistant material, is joined to the main body, preferably by welding. An Independent claim is included for the corresponding method making a piston.

Description

Technisches GebietTechnical field

Die Erfindung betrifft einen Kolben für einen Verbrennungsmotor und ein Verfahren zu dessen Herstellung.The invention relates to a piston for a Internal combustion engine and a method for its production.

Um den Anforderungen insbesondere im Hinblick auf eine geringe Masse der sich bewegenden Kolben von Verbrennungsmotoren genüge zu tun, werden in großem Umfang Kolben aus Leichtmetall, insbesondere Aluminium-Guss- Legierungen eingesetzt. Es zeigt sich nunmehr beispielsweise bei hochbelasteten Dieselmotoren mit Direkteinspritzung, dass bislang verwendeten Aluminium-Guss-Legierungen bei steigender Leistung, die notwendigerweise zu höheren Kolbenbelastungen führt, den gestellten Festigkeitsanforderungen nicht mehr gerecht werden. Beispielsweise treten Muldenrandrisse und Kolbenbodenrisse auf. Als Grund dafür wurde zum einen die begrenzte Dauerfestigkeit des Materials an sich ermittelt. Zum anderen wurden als Ursachen für die genannten Schäden an Leichtmetallkolben die Inhomogenität des Gussgefüges zusammen mit den stets auftretenden Gefügestörungen, wie beispielsweise Anreicherungen von Legierungselementen, Lunker, Poren und Oxyde festgestellt. Derartige Gefügestörungen können auch durch aufwendige Prüfverfahren nicht mehr erkannt werden. To meet the requirements, in particular with regard to a low mass of the moving pistons of Internal combustion engines will do enough on a large scale Pistons made of light metal, especially cast aluminum Alloys used. It now shows up, for example for highly loaded diesel engines with direct injection that Cast aluminum alloys used so far with increasing Performance that necessarily leads to higher piston loads leads, the strength requirements no longer satisfy. For example, trough edge tears and Piston bottom cracks. The reason for this was the limited fatigue strength of the material itself determined. On the other hand, the causes of the damage mentioned were Alloy pistons combine the inhomogeneity of the cast structure with the always occurring structural disorders, such as for example enrichments of alloy elements, Blowholes, pores and oxides found. such Structural disorders can also be caused by complex test procedures can no longer be recognized.  

Stand der TechnikState of the art

Im Stand der Technik sind einige Maßnahmen zur Verstärkung von Kolben bekannt, die sich jedoch bei dem genannten Anwendungsfall, insbesondere bei hochbelasteten Dieselmotoren mit Direkteinspritzung als unzureichend erwiesen haben. Beispielsweise offenbart die GB 1 277 579 einen Kolben mit einem Grundkörper, in den mittels Reibschweißen ein ringförmiger Kolbenringträger, ein Einsetzteil mit einer Brennraummulde oder ein Einsetzteil, das an zu erwartenden heißen Stellen des Kolbenbodens einzusetzen ist, befestigt werden.Some measures for reinforcement are in the prior art known from pistons, but which are mentioned in the Use case, especially for highly loaded diesel engines have proven insufficient with direct injection. For example, GB 1 277 579 discloses a piston a base body, in which by means of friction welding annular piston ring carrier, an insert with a Combustion chamber trough or an insert that is to be expected hot spots on the piston crown become.

Die DE 196 48 260 Al offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbens, bei dem ein Kolbenbodenteil und ein Kolbenschaftteil aus einem Werkstoff, der jeweils den an die einzelnen Teile gestellten Anforderungen entspricht, zu einem Verbundteil zusammengesetzt werden. Wie erwähnt, haben sich diese bekannten Kolben immer noch als verbesserungswürdig erwiesen.DE 196 48 260 A1 discloses a process for the production a piston in which a piston crown part and a Piston shaft part made of a material that corresponds to the corresponds to the requirements of individual parts Composite part can be assembled. As mentioned, have these known pistons are still in need of improvement proved.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kolben für einen Verbrennungsmotor zu schaffen, der den Anforderungen an die Dauerfestigkeit, die insbesondere bei hochbelasteten Motoren gestellt werden, besonders gut erfüllt und darüber hinaus mit vergleichsweise geringem Aufwand herstellbar ist. Ferner soll ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Kolbens geschaffen werden.The invention has for its object a piston for to create an internal combustion engine that meets the requirements the fatigue strength, particularly in the case of highly stressed Motors are made particularly well fulfilled and above can also be produced with comparatively little effort. Furthermore, a method for producing such Pistons are created.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß einem ersten Aspekt durch den im Anspruch 1 beschriebenen Kolben.This problem is solved according to a first aspect by the piston described in claim 1.

Demzufolge besteht der erfindungsgemäße Kolben aus einem gegossenen Grundkörper aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung der eine von dem Kolbenboden bis zu dem Bereich zwischen den Kolbenbolzenaugen durchgehende Aussparung aufweist. Hierbei muss die Aussparung nicht unbedingt in Radialrichtung der Kolbenbolzenaugen bis zwischen diese reichen. Dadurch, dass der Grundkörper aus einem bewährten, warmfesten Material ausgeführt ist, können die vorteilhaften Eigenschaften für den Grundkörper des erfindungsgemäßen Kolbens genutzt werden. Für den Grundkörper können als Aluminium-Guss-Legierungen beispielsweise die den Fachleuten bekannten Legierungen Nüral B1 oder B2 verwendet werden. Bei der Verwendung in hochbelasteten Motoren treten jedoch besonders hohe Temperaturen und dementsprechend besonders hohe Belastungen im Bereich des Kolbenbodens auf. Dem wird gemäß der Erfindung dadurch Rechnung getragen, dass der Grundkörper mit einem weitgehend konischen Verstärkungseinsatz aus einem hochwarmfesten Material kombiniert ist. Die konische Form des Verstärkungseinsatzes ergibt sich dadurch, dass dieser ausgehend von einem vergleichsweise großen Durchmesser im Bereich des Kolbenbodens sich verjüngend auf einen vergleichsweise schmalen Durchmesser im Bereich zwischen den Kolbenbolzenaugen zuläuft. Insbesondere bildet der Verstärkungseinsatz aus hochwarmfestem Material vorzugsweise einen wesentlichen Teil des Kolbenbodens. Es verbleibt lediglich ein ringförmiger, vergleichsweise schmaler Randbereich am oberen Ende des Kolbens, der durch den Grundkörper gebildet wird.Accordingly, the piston according to the invention consists of a cast aluminum body or one Aluminum alloy the one from the piston crown to the  Continuous area between the piston pin eyes Has recess. The recess does not have to be here necessarily in the radial direction of the piston pin eyes range between these. Because the main body is made of a tried and tested, heat-resistant material the advantageous properties for the basic body of the Pistons according to the invention can be used. For the basic body can, for example, as the cast aluminum alloys Alloys known to experts Nüral B1 or B2 used become. Pedal when used in heavy duty engines however, particularly high temperatures and accordingly particularly high loads in the area of the piston crown. This is taken into account according to the invention in that the main body with a largely conical Reinforcement insert made of a highly heat-resistant material is combined. The conical shape of the reinforcement insert results from the fact that this starts from a comparatively large diameter in the area of Piston bottom tapering to a comparatively narrow diameter in the area between the Piston pin eyes close. In particular, the Reinforcement insert made of highly heat-resistant material, preferably a substantial part of the piston crown. It remains only an annular, comparatively narrow Edge area at the upper end of the piston, through the Basic body is formed.

Erfindungsgemäß erstreckt sich der Verstärkungseinsatz durchgehend bis zu der Aussparung, die in axialer Richtung der Kolbenbolzenaugen zwischen den Kolbenbolzenaugen vorhanden ist. Dies gilt zumindest an dem Rohkolben und führt zu dem Vorteil, dass die Stoßstelle zwischen dem Grundkörper und dem Verstärkungseinsatz in diesem Bereich freigelegt ist und mechanisch bearbeitet werden kann. Beispielsweise in dem Fall, dass der Grundkörper und der Verstärkungseinsatz durch Elektronenstrahl- oder Laserschweißen miteinander verbunden werden, tritt der Strahl somit an der Stoßstelle im Bereich des Kolbenbodens ein und dementsprechend an der vorangehend beschriebenen Stelle im Bereich zwischen den Kolbenbolzenaugen aus. Diese Zonen stellen hinsichtlich der Festigkeit der Verbindung kritische Bereiche dar. Die Erfindung bietet hierbei den Vorteil, dass diese Stoßstellen freigelegt sind und dementsprechend bei einer nachfolgenden mechanischen Bearbeitung zerspant werden. Es sei erwähnt, dass in die Kolbenbolzenaugen nachfolgend jeweils eine Buchse eingesetzt werden kann, was jedoch nichts daran ändert, dass vor dem Einsetzen einer derartigen Buchse die beschriebene vorteilhafte Bearbeitung der Verbindungsstelle zwischen Grundkörper und Verstärkungseinsatz erfolgen kann.According to the invention, the reinforcement insert extends continuously up to the recess in the axial direction the piston pin eyes between the piston pin eyes is available. This applies at least to the raw flask and leads to the advantage that the joint between the base body and the reinforcement insert is exposed in this area and can be machined. For example in the Case that the base body and the reinforcement insert through Electron beam or laser welding connected the beam will come into contact with the area  of the piston crown and accordingly on the previous one described position in the area between the Piston pin eyes out. These zones represent in terms of The strength of the connection represents critical areas The invention offers the advantage that these joints are exposed and accordingly at a subsequent one mechanical processing can be machined. It should be mentioned that in the piston pin eyes each a bushing can be used, but this does not change the fact that the described before inserting such a socket advantageous processing of the connection point between Base body and reinforcement insert can be made.

Der erfindungsgemäße Verstärkungseinsatz kann, wie nachfolgend noch detailliert beschrieben, aus einem hochwarmfesten Material ausgeführt werden und in dieser Weise die besonders hoch belasteten Bereiche des erfindungsgemäßen Kolbens verstärken, so dass der erfindungsgemäße Kolben in besonders vorteilhafter Weise den Anforderungen genügt, die an Kolben von hochbelasteten Motoren, insbesondere Dieselmotoren mit Direkteinspritzung, gestellt werden.The reinforcement insert according to the invention can, like described in detail below, from one highly heat-resistant material and run in this way the particularly highly stressed areas of the invention Reinforce piston so that the piston according to the invention in particularly advantageously meets the requirements that on pistons of highly loaded engines, in particular Diesel engines with direct injection.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.Preferred developments of the invention are in the others Described claims.

Für das Material des Verstärkungseinsatzes haben sich insbesondere hochwarmfeste Aluminium-Knetlegierungen sowie Buntmetalle mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten, der demjenigen des Grundkörpers ähnlich ist, als günstig erwiesen. Mit diesen Werkstoffen lässt sich eine deutlich höhere Thermoschock- und Dauerwarmfestigkeit erzielen als mit denjenigen Gusswerkstoffen, die für den Grundkörper verwendet werden. Bei den Aluminium-Knetlegierungen ergibt sich der weitere Vorteil, dass diese aufgrund des besonderen Herstellungsverfahrens eine äußerst geringe Anzahl von Fehlstellen aufweisen und diejenigen Fehler, die durch das Herstellungsverfahren bedingt sind, wegen ihrer Größe ohne weiteres bereits anhand des Vormaterials ermittelt werden können.Have chosen for the material of the reinforcement insert especially heat-resistant wrought aluminum alloys as well Nonferrous metals with a coefficient of thermal expansion that is similar to that of the base body, as cheap proved. With these materials one can clearly achieve higher thermal shock and long-term heat resistance than with the cast materials used for the base body become. This is the case with wrought aluminum alloys further advantage that this is due to the special Manufacturing process an extremely small number of Have defects and those errors caused by the Manufacturing processes are due to their size without  further can already be determined on the basis of the primary material can.

Für die Verbindung zwischen dem Grundkörper und dem Verstärkungseinsatz hat sich neben einem Verschweißen mittels eines kontinuierlichen Schweißvorganges durch Elektronenstrahl- oder Laserschweißen auch ein Vakuumverlöten als günstig erwiesen.For the connection between the body and the Reinforcement insert has been used in addition to welding a continuous welding process Electron beam or laser welding also vacuum soldering proven to be cheap.

Ferner hat sich bei Versuchen ergeben, dass der Verstärkungseinsatz aus Pulvermetall oder sprühkompaktierten Materialien hergestellt werden kann und in dieser Konstellation mit dem Grundkörper verschweißt oder heißisostatisch verpresst werden kann. Hierbei kann die oberste Kolbenringnut schweißarmiert ausgebildet sein.Tests have also shown that the Reinforcement insert made of powder metal or spray compacted Materials can be made and made in this Constellation welded to the base body or can be hot isostatically pressed. Here, the uppermost piston ring groove be designed to be welded.

Ferner wird für bestimmte Anwendungsfälle bevorzugt, den Verstärkungseinsatz durch poröses Sintern oder aus geeignetem Stahl flammgespritzt herzustellen und mittels eines Squeeze- Cast-Verfahrens in den Grundkörper einzugießen.It is also preferred for certain applications that Reinforcement insert by porous sintering or from a suitable one To produce steel flame-sprayed and by means of a squeeze Pour the casting process into the base body.

Um auch weiteren Anforderungen im Hinblick auf Kolben, insbesondere von Dieselmotoren gerecht zu werden, wird für den erfindungsgemäßen Kolben bevorzugt, dass der Grundkörper einen Kühlkanal und vorzugsweise zusätzlich einen Ringträger enthält. Das Vorsehen eines Ringträgers in dem Grundkörper ist von den geometrischen Gegebenheiten abhängig und ermöglicht eine besonders zuverlässige Aufnahme, insbesondere des obersten Kolbenringes.To meet other requirements with regard to pistons, especially to do justice to diesel engines the piston according to the invention preferred that the base body a cooling channel and preferably additionally a ring carrier contains. The provision of a ring carrier in the base body depends on the geometric conditions and enables a particularly reliable recording, in particular the top piston ring.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren vorgestellt, bei dem zunächst ein Grundkörper aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gegossen wird. Beim Gießen oder auch in einem nachfolgenden Bearbeitungsschritt wird in dem Grundkörper eine von dem Kolbenboden bis zu dem Bereich zwischen den Kolbenbolzenaugen durchgehende Aussparung ausgebildet. Nachfolgend wird ein Verstärkungseinsatz aus hochwarmfestem Material ausgebildet und vorzugsweise mittels Schweißen mit dem Grundkörper fest verbunden. Bevorzugt erfolgt eine spanende Bearbeitung des in dieser Weise ausgebildeten Rohkolbens zur Herstellung eines Fertigkolbens. Da, wie oben ausgeführt, der Verstärkungseinsatz weitgehend konisch ausgebildet ist und von dem Kolbenboden bis in den Bereich reicht, der in Axialrichtung der Kolbenbolzenaugen zwischen diesen liegt, kann im Rahmen des zuletzt genannten Schrittes eine spanende Bearbeitung der freiliegenden Stoßstellen zwischen den genannten Teilen des erfindungsgemäßen Kolbens erfolgen, so dass beispielsweise bei der Verwendung eines kontinuierlichen Schweißvorganges im Rahmen der Verbindung zwischen Grundkörper und Verstärkungseinsatz eine Zerspanung der verbindungstechnisch kritischen Randzonen der Schweißverbindung, z. B. der Bereiche des Strahlein- und Strahlaustritts erfolgen kann. Es sei erwähnt, dass im Rahmen der Herstellung des Fertigkolbens aus dem Rohkolben die übliche Bearbeitung des Kolbenschaftes und gegebenenfalls der Brennraummulde erfolgen kann. Ferner ist es denkbar, dass im Bereich der Kolbenbolzenaugen besondere Lagerbuchsen für den Kolbenbolzen eingesetzt werden.According to a second aspect of the present invention presented a process in which a basic body is first is cast from aluminum or an aluminum alloy. When casting or in a subsequent one Processing step in the base body is one of those Piston base up to the area between the piston pin eyes through recess formed. Below is a  Reinforcement insert made of highly heat-resistant material and preferably by welding to the base body connected. Machining of the in this designed raw piston for producing a Finished piston. There, as stated above, the Reinforcement insert is largely conical and from the piston crown to the area in Axial direction of the piston pin eyes lies between them, can be machined as part of the last step Processing the exposed joints between the mentioned parts of the piston according to the invention take place, so that, for example, when using a continuous Welding process in the context of the connection between Base body and reinforcement insert a machining of critical connection zones of the Welded joint, e.g. B. the areas of the beam and Beam exit can take place. It should be mentioned that under the manufacture of the finished piston from the raw piston usual machining of the piston skirt and, if necessary, the Combustion chamber trough can take place. It is also conceivable that in Area of the piston pin eyes special bearing bushes for the Piston pins are used.

Bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.Preferred developments of the method according to the invention are described in the further claims.

Die bevorzugt gewählten Verfahrensschritte entsprechen im Wesentlichen den vorangehend im Zusammenhang mit dem entstehenden Kolben erwähnten Verfahrensschritten. Zusätzlich können im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens der Grundkörper und der Verstärkungseinsatz in vorgewärmtem Zustand miteinander verschweißt werden. Die Verbindung zwischen dem Verstärkungseinsatz und dem Grundkörper kann neben dem Verschweißen beispielsweise auch mittels eines heißisostatischen Verpressens durchgeführt werden.The preferred method steps correspond to Essentially the previous in connection with the emerging pistons mentioned process steps. additionally can within the scope of the inventive method Base body and the reinforcement insert in preheated Condition to be welded together. The connection can between the reinforcement insert and the base body in addition to welding, for example also by means of a hot isostatic pressing.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer beispielhaft in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsform näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained below using an example in the drawings shown embodiment closer explained. Show it:

Fig. 1 einen Querschnitt senkrecht zur Kolbenbolzenachse durch den Rohkolben des erfindungsgemäßen Kolbens; Fig. 1 shows a cross section perpendicular to the piston pin axis through the Rohkolben of the piston according to the invention;

Fig. 2 einen Querschnitt senkrecht zur Kolbenbolzenachse durch den erfindungsgemäßen Kolben; und Fig. 2 is a cross-section perpendicular to the piston pin axis through the piston according to the invention; and

Fig. 3 einen Querschnitt parallel zur Kolbenbolzenachse durch den erfindungsgemäßen Kolben. Fig. 3 shows a cross section parallel to the piston pin axis through the piston according to the invention.

Ausführliche Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der ErfindungDetailed description of a preferred embodiment the invention

Wie in Fig. 1 zu erkennen ist, weist der erfindungsgemäße Kolben einen Grundkörper 12 auf, der den Kolbenschaft und einen vergleichsweise kleinen, am Rand befindlichen ringförmigen Keil des Kolbenbodens bildet. Ausgehend von diesem ringförmigen Randbereich des Grundkörpers 12 erstreckt sich in Richtung der Kolbenachse nach unten, bis zu dem Bereich axial zwischen den Kolbenbolzenaugen eine weitgehend konusförmige Aussparung 14. Wie oben erwähnt, erstreckt sich die Aussparung 14 durchgehend nach unten, bis zu einem Bereich, der in Axialrichtung der Kolbenbolzenaugen betrachtet zwischen diesen liegt. In der Richtung senkrecht hierzu, also in Richtung der Kolbenachse muss der untere Rand der Aussparung nicht notwendigerweise so tief liegen, dass er auch in radialer Richtung zwischen den Kolbenbolzenaugen liegt. In der Aussparung 14 ist der nachfolgend noch im einzelnen erläuterte Verstärkungseinsatz 16 aufgenommen. Bei der gezeigten Ausführungsform weist der Grundkörper 12 einen Kühlkanal 18 sowie einen eingegossenen Ringträger 20 auf. As can be seen in FIG. 1, the piston according to the invention has a base body 12 , which forms the piston skirt and a comparatively small annular wedge of the piston head located at the edge. Starting from this annular edge region of the base body 12 , a largely conical recess 14 extends in the direction of the piston axis down to the region axially between the piston pin eyes. As mentioned above, the recess 14 extends continuously downward to a region which, viewed in the axial direction, lies between the piston pin eyes. In the direction perpendicular to this, that is, in the direction of the piston axis, the lower edge of the recess does not necessarily have to be so deep that it also lies in the radial direction between the piston pin eyes. The reinforcement insert 16 , which will be explained in detail below, is accommodated in the recess 14 . In the embodiment shown, the base body 12 has a cooling channel 18 and a cast-in ring carrier 20 .

Der Verstärkungseinsatz 16 weist in seinem oberen Bereich, dem Bereich des Kolbenbodens eine Aussparung 22 auf, die in einer nachfolgenden mechanischen Bearbeitung zu einer Brennraummulde erweitert wird. In seinem schmäleren, unteren Bereich weist der Verstärkungseinsatz 16 ebenfalls eine Aussparung 24 auf, die bei dem fertigen Kolben der Aufnahme eines Abschnitts eines Pleuels dient.The reinforcement insert 16 has a recess 22 in its upper region, the region of the piston head, which is expanded into a combustion chamber trough in a subsequent mechanical processing. In its narrower, lower area, the reinforcement insert 16 also has a recess 24 , which serves to receive a section of a connecting rod in the finished piston.

Wie in Fig. 1 zu erkennen ist, ist der Verstärkungseinsatz 16 durchgehend von dem Bereich des Kolbenbodens bis zu dem freigelegten Bereich zwischen den Kolbenbolzenaugen ausgebildet. Dies ermöglicht die Verwendung eines kontinuierlichen Schweißverfahrens im Rahmen der Verbindung zwischen Grundkörper 12 und Verstärkungseinsatz 16. Mit anderen Worten ist nur eine einzige umlaufende Schweißnaht erforderlich. Der Schweißstrahl tritt an der Stoßstelle im Bereich des Kolbenbodens an der mit 26 bezeichneten Stelle ein und tritt im Bereich zwischen den Kolbenbolzen an der mit 28 bezeichneten Stelle aus. Da diese Zonen an dem Fertigkolben freigelegt sind, können diese kritischen Bereiche vorteilhafterweise nachfolgend spanend bearbeitet werden.As can be seen in FIG. 1, the reinforcement insert 16 is formed continuously from the area of the piston crown to the exposed area between the piston pin eyes. This enables the use of a continuous welding process in the context of the connection between base body 12 and reinforcing insert 16 . In other words, only a single circumferential weld seam is required. The welding beam enters at the point of impact in the area of the piston crown at the point denoted by 26 and emerges in the area between the piston pins at the point denoted by 28. Since these zones are exposed on the finished piston, these critical areas can advantageously be subsequently machined.

Aus Fig. 2 ist die endgültige Gestaltung des erfindungsgemäßen Kolbens 10 ersichtlich. Wie vorangehend beschrieben, wurden insbesondere der Schweißnahtein- 26 und der Schweißnahtaustritt 28 mechanisch bearbeitet, so dass diese kritischen Stellen weitgehend entfernt wurden, und die Verbindung zwischen dem Grundkörper 12 und dem Verstärkungseinsatz 16 durch eine kontinuierliche Schweißnaht ausgebildet ist. Ferner wurde die in dem Verstärkungseinsatz durch die Aussparung 22 vorbereitete Brennraummulde zu einer geeigneten Form ausgebildet. Schließlich wurde der Kolbenschaft in geeigneter Weise mechanisch bearbeitet. Im Bereich des Ringträgers 20 wurde die oberste Kolbenringnut ausgebildet, und in den Bereichen darunter zwei weitere Kolbenringnuten vorgesehen. The final design of the piston 10 according to the invention can be seen from FIG. 2. As described above, in particular the weld seam entry 26 and the weld seam exit 28 were machined so that these critical points were largely removed and the connection between the base body 12 and the reinforcement insert 16 is formed by a continuous weld seam. Furthermore, the combustion chamber trough prepared in the reinforcement insert by the recess 22 was formed into a suitable shape. Finally, the piston skirt was machined in a suitable manner. The uppermost piston ring groove was formed in the area of the ring carrier 20 , and two further piston ring grooves were provided in the areas below.

Wie ergänzend aus der Querschnittsansicht parallel zur Kolbenbolzenachse von Fig. 3 ersichtlich ist, wurden in die Kolbenbolzenaugen jeweils eine Buchse 30 eingesetzt, die der Aufnahme des Kolbenbolzens dient.As can additionally be seen from the cross-sectional view parallel to the piston pin axis of FIG. 3, a bushing 30 was used in each case in the piston pin eyes, which serves to receive the piston pin.

Claims (12)

1. Kolben (10) für einen Verbrennungsmotor mit einem gegossenen Grundkörper (12) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, der eine von dem Kolbenboden bis zu dem Bereich zwischen den Kolbenbolzenaugen durchgehende Aussparung aufweist, und einem weitgehend konischen Verstärkungseinsatz (16) aus hochwarmfestem Material, der mit dem Grundkörper (12) fest verbunden, vorzugsweise verschweißt ist.1. piston ( 10 ) for an internal combustion engine with a cast base body ( 12 ) made of aluminum or an aluminum alloy, which has a recess that extends from the piston crown to the area between the piston pin eyes, and a largely conical reinforcing insert ( 16 ) made of high-temperature-resistant material, which is firmly connected to the base body ( 12 ), preferably welded. 2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungseinsatz (16) aus einer Aluminium-Knet- Legierung oder einem Buntmetall mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten ähnlich zu demjenigen des Grundkörpers (12) besteht.2. Piston according to claim 1, characterized in that the reinforcing insert ( 16 ) consists of an aluminum wrought alloy or a non-ferrous metal with a coefficient of thermal expansion similar to that of the base body ( 12 ). 3. Kolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (12) und der Verstärkungseinsatz (16) miteinander vakuumverlötet sind.3. Piston according to claim 1 or 2, characterized in that the base body ( 12 ) and the reinforcing insert ( 16 ) are vacuum-soldered to one another. 4. Kolben nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungseinsatz (16) aus Pulvermetall oder einem sprühkompaktierten Material besteht.4. Piston according to at least one of the preceding claims, characterized in that the reinforcing insert ( 16 ) consists of powder metal or a spray-compacted material. 5. Kolben nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungseinsatz (16) porös gesintert oder aus Stahl flammgespritzt ist und mittels eines Squeeze-cast-Verfahrens in den Grundkörper (12) eingegossen ist.5. Piston according to at least one of the preceding claims, characterized in that the reinforcing insert ( 16 ) is sintered porous or flame-sprayed from steel and is cast into the base body ( 12 ) by means of a squeeze-cast method. 6. Kolben nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (12) einen Kühlkanal (18) und vorzugsweise einen Ringträger (20) enthält. 6. Piston according to at least one of the preceding claims, characterized in that the base body ( 12 ) contains a cooling channel ( 18 ) and preferably a ring carrier ( 20 ). 7. Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor mit folgenden Schritten:
  • - Gießen eines Grundkörpers aus Aluminium und einer Aluminiumlegierung und Ausbilden einer von dem Kolbenboden bis zu dem Bereich zwischen den Kolbenbolzenaugen durchgehenden Aussparung,
  • - Herstellen eines weitgehend konischen Verstärkungseinsatzes aus hochwarmfestem Material, und
  • - festes Verbinden, vorzugsweise verschweißen des Verstärkungseinsatzes mit dem Grundkörper.
7. A method for producing a piston for an internal combustion engine, comprising the following steps:
  • Casting a base body made of aluminum and an aluminum alloy and forming a recess which extends from the piston crown to the area between the piston pin eyes,
  • - Manufacture of a largely conical reinforcement insert made of highly heat-resistant material, and
  • - Firm connection, preferably welding the reinforcement insert to the base body.
8. Verfahren zur Herstellung eines Kolbens nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper und der Verstärkungseinsatz mittels eines kontiunierlichen Schweißverfahrens, insbesondere Elektronenstrahl- oder Laserschweißen verbunden werden, und der Schweißnahteintritt und der Schweißnahtaustritt nachfolgend mechanisch zerspant werden.8. A method for producing a piston according to claim 7, characterized in that the base body and the Reinforcement insert by means of a continuous Welding process, in particular electron beam or Laser welding can be connected, and the Weld entry and exit subsequently mechanically machined. 9. Verfahren zur Herstellung eines Kolbens nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper und/oder der Verstärkungseinsatz vor dem Schweißen vorgewärmt werden.9. A method for producing a piston according to claim 7 or 8, characterized in that the base body and / or the reinforcement insert before welding be preheated. 10. Verfahren zur Herstellung eines Kolbens nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper mit dem Verstärkungseinsatz vakuumverlötet wird.10. Method of making a piston at least one of claims 7 to 9, characterized in that that the base body with the reinforcement insert is vacuum soldered. 11. Verfahren zur Herstellung eines Kolbens nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungseinsatz aus einem Pulvermetall oder einem sprühkompaktierten Metall hergestellt wird und mit dem Grundkörper verschweißt oder heißisostatisch verpresst wird.11. Method of making a piston at least one of claims 7 to 10, characterized in that the reinforcement insert is made of a powder metal or a spray-compacted metal  and welded to the base body or hot isostatic is pressed. 12. Verfahren zur Herstellung eines Kolbens nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungseinsatz porös gesintert oder aus Stahl flammgespritzt wird und in den Grundkörper mittels eines Squeeze-cast-Verfahrens eingegossen wird.12. A method for producing a piston according to at least one of claims 7 to 11, characterized in that that the reinforcement insert is sintered or made of porous Steel is flame sprayed and into the base body by means of a squeeze-cast process is poured in.
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