DE10132447A1

DE10132447A1 - Piston with cooling duct in crown has cooling duct open to the bottom and covered with a welded ring

Info

Publication number: DE10132447A1
Application number: DE2001132447
Authority: DE
Inventors: Arno Kolb; Markus Netz
Original assignee: KS Kolbenschmidt GmbH
Current assignee: KS Kolbenschmidt GmbH
Priority date: 2001-07-04
Filing date: 2001-07-04
Publication date: 2003-01-09

Abstract

A piston with a cooling duct under the crown is made with the duct open to the bottom and with the lower part of the piston ring skirt missing. After machining the groove profile it is sealed by welding a cover ring to the bottom of the groove, with the weld on the outside of the piston skirt. The cover ring includes the bottom part of the piston ring skirt. The inside edge of the cover has a stepped lip which aligns against the inner edge of the piston.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolben, insbesondere einen Kolben für eine Brennkraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. The invention relates to a piston, in particular a piston for a Internal combustion engine, according to the preamble of claim 1.

Aus der DE 44 46 726 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines einteiligen Kühlkanalkolbens sowie ein entsprechender Kühlkanalkolben bekannt, bei dem ein Kolbenrohling im Schmiedeverfahren hergestellt und eine ringförmige Ausnehmung zwischen einem Kolbenboden und dem angehängten Kolbenschaft durch spanabhebende Bearbeitung in Richtung Kolbenmitte eingebracht wird. Anschließend erfolgt die Einbringung eines nach unten offenen Kühlkanales im Kolbenboden ebenfalls durch spanabhebende Bearbeitung aus Richtung des Kolbenschaftes in Richtung des Kolbenbodens. Danach werden die Nabenbohrungen angebracht und die Außenkontur des Kolbens fertig bearbeitet. Nach diesen Schritten wird noch der nach unten offene Kühlkanal durch einen Abdeckring verschlossen, damit das in dem Kühlkanal zirkulierende Kühlmedium (insbesondere Motoröl) in diesem verbleibt, um den Kolbenboden bzw. dessen Ringfeld zu kühlen. DE 44 46 726 A1 describes a method for producing a one-piece Cooling channel piston and a corresponding cooling channel piston known, in which a Piston blank manufactured in the forging process and an annular recess between a piston crown and the attached piston skirt machining is introduced towards the center of the piston. Then follows the introduction of a cooling channel open at the bottom in the piston crown also by machining from the direction of the piston skirt towards of the piston crown. Then the hub holes are made and the Finished outer contour of the piston. After these steps, the next one cooling channel open at the bottom closed by a cover ring, so that in the Cooling channel circulating cooling medium (especially engine oil) remains in this to cool the piston crown or its ring field.

Bei diesem Verfahren zur Herstellung des Kühlkanalkolbens und bei dem Kühlkanalkolben selber ist es erforderlich, daß die axiale Höhe der ringförmigen Ausnehmung mindestens der axialen Höhe des Kühlkanales entspricht, um mit dem Bearbeitungswerkzeug den Kühlkanal erreichen zu können. Aufgrund dieses Freiraumes zwischen dem Kolbenschaft und dem Kolbenboden in Form der eingebrachten Ausnehmung kommt es im Betrieb des Kühlkanalkolbens zu einer ungewünschten Instabilität, woraus resultiert, daß die Führung des Kühlkanalkolbens innerhalb des Zylinders nicht ausreichend ist. Der Kühlkanal weist eine relativ geringe Bauhöhe auf. In this method for producing the cooling channel piston and in the Cooling channel piston itself, it is necessary that the axial height of the annular recess corresponds at least to the axial height of the cooling channel in order to match the Machining tool to be able to reach the cooling channel. Because of this freedom between the piston skirt and the piston crown in the form of the introduced Recess occurs during operation of the cooling channel piston to an undesired Instability, which results in the leadership of the cooling channel piston within the Cylinder is not sufficient. The cooling channel has a relatively low overall height.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kolben, insbesondere einen Kolben für eine Brennkraftmaschine, anzugeben, der die erforderliche Stabilität sowie eine geringe Bauhöhe aufweist. The invention is therefore based on the object of a piston, in particular a piston Piston for an internal combustion engine, to indicate the required stability and has a low overall height.

Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. This object is solved by the features of claim 1.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß eine Abdeckung des Kühlkanals einen unteren Teil des Ringfeldes bildet und mittels einer Schweißverbindung an dem oberen Teil des Ringfeldes angefügt ist. Somit steht vor Anbringung der Abdeckung bei geringer Bauhöhe des Kolbens eine ausreichend große radial umlaufende Ausnehmung zwischen dem Kolbenboden und dem Kolbenschaft zur Verfügung, um den Kühlkanal mittels spanabhebender Bearbeitung in den Kolbenboden einzubringen. Anschließend erfolgt das Anfügen des weiteren Teiles des Ringfeldes einschließlich der Abdeckung des Kühlkanales mittels einer Schweißverbindung, wobei die Schweißverbindung vorzugsweise im Bereich der Ringnuten angeordnet ist. Dabei können die Einstiche, die später die Kolbenringe aufnehmen, vor oder nach dem Anschweißen des unteren Teiles des Ringfeldes eingebracht werden. Es bietet sich an, zunächst den unteren Teil des Ringfeldes mit der Abdeckung an dem oberen Teil des Ringfeldes anzuschweißen und anschließend die Nuten einzubringen. Durch die nachträgliche Anbringung eines Teiles des Ringfeldes ist der Vorteil gegeben, daß der Kühlkanalkolben vor dem Zusammenfügen bearbeitet werden kann. Durch diese Maßnahme ist ein wesentlich kleiner Abstand zwischen Ringfeldunterkante und Schaftoberkante realisierbar, wodurch die Schaftlänge wesentlich erhöht werden kann, was eine Verbesserung von Führung und Laufverhalten zur Folge hat. Damit einher geht die Stabilität des Kolbens, die deutlich gesteigert ist, woraus bei gleichem oder niedrigerem Gewicht gegenüber bekannten Kolben höhere thermische und mechanische Belastbarkeiten realisierbar sind. Ein weiterer Vorteil der geringen Bauhöhe liegt darin, daß die Brennkraftmaschine, in der der Kolben betrieben wird, ebenfalls flacher bauen kann. According to the invention, it is provided that a cover of the cooling duct has a forms the lower part of the ring field and by means of a welded connection to the upper Part of the ring field is attached. This is before the cover is attached low height of the piston a sufficiently large radial circumferential Recess between the piston crown and the piston skirt available to the Insert the cooling channel into the piston crown by machining. Then the further part of the ring field including is added the cover of the cooling channel by means of a welded connection, the Welded connection is preferably arranged in the region of the ring grooves. there the punctures, which later take up the piston rings, before or after Welding of the lower part of the ring field can be introduced. It makes sense first the lower part of the ring field with the cover on the upper part of the Ring field welded and then insert the grooves. Through the subsequent attachment of a part of the ring field has the advantage that the cooling channel piston can be processed before assembly. Through this Measure is a much smaller distance between the lower edge of the ring field and Upper edge of the shaft can be realized, which significantly increases the shaft length can, which leads to an improvement in leadership and running behavior. In order to accompanied by the stability of the piston, which is significantly increased, resulting in the same or lower weight compared to known pistons higher thermal and mechanical capacities can be realized. Another advantage of the low Overall height is that the internal combustion engine in which the piston is operated can also build flat.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Abdeckung mindestens zweigeteilt. Dadurch wird es möglich, daß beide Hälften der Abdeckung im Bereich unterhalb des Ringfeldes um den Kolbenboden gelegt und an das Ringfeld sowie untereinander verschweißt werden können. Damit wird bei geringer Bauhöhe des Kolbens der zur Verfügung stehende Raum optimal ausgenutzt, um alle Bauteile und Funktionen des Kolbens herstellen und realisieren zu können. Damit wird es sogar möglich, den Schaft des Kolbens, insbesondere dessen Schaftwandabschnitte, bis nahezu an die Unterseite der Abdeckung bzw. bis nahezu unterhalb des Ringfeldes heranzuziehen. An den Stoßstellen der mehrteiligen Abdeckung kann auch eine Schweißverbindung erfolgen. Außerdem ist es möglich, die mehrteilige Abdeckung im Stoßbereich nicht aneinander stoßen zu lassen, sondern Schlitze vorzusehen, welche dann als Zulauf- und Ablauföffnung für das Kühlmedium fungieren. In a development of the invention, the cover is divided into at least two parts. Thereby it is possible that both halves of the cover in the area below the Ring field placed around the piston crown and to the ring field and with each other can be welded. This makes the piston with a low overall height Available space optimally used to all components and functions of the To be able to manufacture and realize pistons. This will even make it possible Shaft of the piston, in particular its skirt wall sections, almost to the Pull the underside of the cover or to almost below the ring field. A welded connection can also be made at the joints of the multi-part cover respectively. It is also possible that the multi-part cover in the joint area is not to be butted together, but to provide slots which are then used as inlet and drain opening for the cooling medium act.

In Weiterbildung der Erfindung stützt sich die Abdeckung zumindest teilweise radial umlaufend an einem Innenbereich des Kolbenbodens ab. Die nach innen gerichtete radial umlaufende Kante der Abdeckung kann zwar auch auf Lücke zu dem Innenbereich des Kolbens angeordnet sein, stützt sich aber in besonders vorteilhafter Weise zumindest teilweise an diesen Innenbereich ab, um eine hohe Stabilität des Ringfeldbereiches zu erzielen. Aufgrund dieser Stabilität wird es möglich, eine besonders gute Führung des Kolbens im Zylinder zu erzielen, wenn der Kolben noch zusätzlich zumindest in einem Kolbenschaft geführt ist. In a development of the invention, the cover is at least partially supported radially all around on an inner region of the piston crown. The inside radially circumferential edge of the cover can also on the gap Be arranged inside the piston, but is supported in a particularly advantageous manner at least partially on this inner area to ensure a high stability of the To achieve ring field area. Because of this stability, it becomes possible to make a special one To achieve good guidance of the piston in the cylinder if the piston is additional is guided in at least one piston skirt.

In Weiterbildung der Erfindung weist die Abdeckung eine Abwinklung auf, wodurch sich die Festigkeit beim Anschweißen der Abdeckung an das Ringfeld erhöht. Auch an eine Schweißverbindung zwischen der Abwinklung und dem Innenbereich des Kolbenbodens kann gedacht werden. In a further development of the invention, the cover has an angle, whereby the strength increases when the cover is welded onto the ring field. Also a welded joint between the bend and the inside of the Piston bottom can be thought of.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbens, auf das die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, ist im folgenden erläutert und anhand der Fig. 1 beschrieben. An embodiment of a piston according to the invention, to which the invention is not limited, is explained below and described with reference to FIG. 1.

Die Fig. 1 zeigt einen Kolben 1, der aus einem Kolbenboden 2 sowie einem angehängten Kolbenschaft 3 besteht. Sowohl der Kolbenboden 2 als auch der Kolbenschaft 3 werden in einem Teil geschmiedet. Der im Schmiedeverfahren hergestellte Rohling wird je nach Bauart des Kolbens 1 mit einer Brennraummulde 4, mit einem Ringfeld 5 sowie mit einem nach unten offenen Kühlkanal 6 versehen. Der Kolbenschaft 3 wird mit Nabenbohrungen 8 sowie Schaftwandabschnitten 9 zur Führung des Kolbens 1 im Zylinder der Brennkraftmaschine versehen. Fig. 1 shows a piston 1 , which consists of a piston crown 2 and an attached piston skirt 3 . Both the piston crown 2 and the piston skirt 3 are forged in one part. Depending on the design of the piston 1 , the blank produced in the forging process is provided with a combustion chamber trough 4 , with an annular field 5 and with a cooling channel 6 which is open at the bottom. The piston skirt 3 is provided with hub bores 8 and shaft wall sections 9 for guiding the piston 1 in the cylinder of the internal combustion engine.

Die Abdeckung 7, die einen unteren Teil des Ringfeldes 5 bildet, wird an dem unteren Teil des Ringfeldes 5, welches einstückig durch den Kolbenboden 2 gebildet ist, mittels einer Schweißverbindung 10 angeschweißt. Dabei liegt die umlaufende Schweißverbindung 10 in besonders vorteilhafter Weise in einer Ebene zwischen zwei Stegen des Ringfeldes 5. The cover 7, which forms a lower part of the ring field 5, is welded to the lower part of the ring field 5, which is integrally formed by the piston crown 2 by means of a welded joint 10th The circumferential weld connection 10 lies in a particularly advantageous manner in a plane between two webs of the ring field 5 .

Das nach innen gerichtete radial umlaufende Ende der Abdeckung 7 kann sich an einem Innenbereich 11 des Kolbens 1 abstützen, d. h. zumindest teilweise radial umlaufend an diesem Innenbereich 11 anliegen. Darüber hinaus ist es möglich, daß dieses freie Ende der Abdeckung 7 im Bereich der Anlage an dem Innenbereich 11 zumindest teilweise, jedoch auch vollständig angeschweißt werden kann. Zur Erhöhung der Festigkeit ist es noch möglich, an dem radial umlaufenden freien Ende der Abdeckung 7 eine Abwinklung 12 vorzusehen, die dann am Innenbereich 11 anliegt, anliegen kann oder an diesem verschweißt wird. The inward radially circumferential end of the cover 7 can be supported on an inner region 11 of the piston 1 , that is to say at least partially rest radially circumferentially on this inner region 11 . In addition, it is possible that this free end of the cover 7 can be welded on at least partially, but also completely, in the region of the contact with the inner region 11 . To increase the strength, it is also possible to provide an angled portion 12 on the radially circumferential free end of the cover 7 , which then bears against the inner region 11 , can rest against it or is welded to it.

Nach dem Zusammenfügen (Schweißen) der Abdeckung an den unteren Rand des Ringfeldes kann noch eine Fertigbearbeitung des dadurch entstandenen Kolbengrundkörpers erfolgen, wobei nach der Fertigbearbeitung entweder ein einteiliger, fertiger Kolben zur Verfügung steht oder der Kolbengrundkörper seiner Verwendung als Teil eines mehrteiligen Kolbens, insbesondere eines Pendelschaftkolbens, zugeführt werden kann. After assembling (welding) the cover to the bottom of the Ring field can still finish the resulting Piston base body take place, after finishing either a one-piece, finished piston is available or the piston body of its use as part of a multi-part piston, in particular a pendulum shaft piston, can be supplied.

Claims

1. piston ( 1 ), in particular piston for an internal combustion engine, with a ring field ( 5 ) and a downwardly open cooling channel ( 6 ) having piston crown ( 2 ) and a piston skirt ( 2 ) adjoining piston skirt ( 3 ), characterized that a cover ( 7 ) of the cooling channel ( 6 ) forms a lower part of the ring field ( 5 ) and is attached to the upper part of the ring field ( 5 ) by means of a welded joint ( 10 ).

2. Piston ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the cover ( 7 ) is divided into at least two.

3. Piston ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the cover ( 7 ) is supported at least partially radially circumferentially on an inner region ( 11 ) of the piston head ( 2 ).

4. Piston ( 1 ) according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the cover ( 7 ) at least partially radially circumferentially has an angle ( 12 ).

5. Piston ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the welded connection ( 10 ) lies in a plane between two webs of the ring field ( 5 ).