DE102008031864A1 - Insert for piston of internal combustion engine i.e. diesel engine, has supporting and cavity base parts that are arranged radially at distance from each other and connected with one another by covers, such that cooling channel is formed - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Einlegeteil für einen Kolben eines Verbrennungsmotors, wobei der Kolben einen Kolbenkopf aufweist, der mit einem eine Verbrennungsmulde aufweisenden Kolbenboden, einem umlaufenden Feuersteg und einer umlaufenden Ringpartie sowie einem in Höhe der Ringpartie angeordneten umlaufenden Kühlkanal versehen ist. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen derartigen Kolben oder Kolbenkopf für einen Verbrennungsmotor.The The present invention relates to an insert for a Piston of an internal combustion engine, wherein the piston is a piston head having, with a combustion bowl having a piston head, a revolving flank and a circumferential ring section as well a arranged at the level of the ring section circumferential cooling channel provided is. The present invention further relates to such Piston or piston head for an internal combustion engine.
In
modernen Verbrennungsmotoren sind die Kolben einer hohen thermischen
und mechanischen Belastung ausgesetzt. Insbesondere Kolben für
Dieselmotoren, die in der Regel aus einer Leichtmetalllegierung,
bspw. einer Aluminiumlegierung gegossen sind, weisen mehrere hoch
beanspruchte Bereiche auf. Dazu gehört insbesondere der
Bereich der obersten Ringnut. Es ist bekannt, den Bereich der obersten
Ringnut mittels eines gesonderten Ringträgers zu stabilisieren,
der auch eine Kühlkanalstruktur aufweisen kann (vgl.
Derartige Verstärkungen des Kolbens werden durch Eingießen von Einlegeteilen in den Kolben hergestellt. Problematisch ist hierbei, die Einlegeteile lagegenau und mit möglichst wenig Spiel in der Kolbengießform zu fixieren und zugleich einen Salzkern für den Kühlkanal möglichst lagegenau in der Kolbengießform anzuordnen und zu fixieren.such Reinforcements of the piston are made by pouring made of inserts in the piston. The problem here is the inserts are accurate and with as little play as possible to fix in the Kolbengießform and at the same time a salt core for the cooling channel as accurate as possible in the Kolbengießform to arrange and fix.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein Einlegeteil bereitzustellen, das mit wenig Aufwand möglichst lagegenau in der Kolbengießform fixiert werden kann und einen im Betrieb hoch belasteten Bereich eines Kolbens bzw. Kolbenkopfes wirksam verstärkt.The Object of the present invention is thus an insert to provide that with the least possible effort accurately can be fixed in the Kolbengießform and an im Operation highly loaded area of a piston or piston head reinforced effectively.
Die Lösung besteht in einem Einlegeteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie in einem Kolbenkopf bzw. einem Kolben mit den Merkmalen des Patentan spruchs 9 bzw. 15. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Einlegeteil als mehrstückiges Bauteil ausgebildet ist, das aus einem separaten Ringträgerteil sowie einem separaten Muldengrundteil zusammengesetzt ist, die radial voneinander beabstandet angeordnet und mittels zweier axial einander gegenüberliegender Abdeckungen derart miteinander verbunden sind, dass ein umlaufender Kühlkanal gebildet ist. Der erfindungsgemäße Kolben bzw. Kolbenkopf zeichnet sich dadurch aus, dass er ein Einlegeteil enthält, welches als mehrstückiges Bauteil ausgebildet ist, das aus einem separaten Ringträger sowie einem separaten Muldengrundteil zusammengesetzt ist, die radial voneinander beabstandet angeordnet und mittels zweier axial einander gegenüberliegender Abdeckungen derart miteinander verbunden sind, dass ein umlaufender Kühlkanal gebildet ist.The Solution consists in an insert with the characteristics of Patent claim 1 and in a piston head or a piston with the features of patent claim 9 or 15. According to the invention provided that the insert as a multi-piece component is formed, consisting of a separate ring carrier part and a separate trough base is assembled radially spaced from each other and by means of two axially each other opposite covers so interconnected are that a circumferential cooling channel is formed. Of the piston or piston head according to the invention characterized by the fact that it contains an insert, which is designed as a multi-piece component, which consists of a separate ring carrier and a separate trough base is composed, which are arranged radially spaced from each other and by means of two axially opposing covers are connected to each other such that a circumferential cooling channel is formed.
Das erfindungsgemäße Einlegeteil zeichnet sich dadurch aus, dass es Strukturen aufweist, die im fertigen Kolben sowohl als Verstärkungen für einen hoch belasteten Bereich als auch als Kühlkanal dienen. Somit braucht nur noch ein einziges Einlegeteil in der Gießform angeordnet und lagegenau fixiert zu werden, um sowohl die oberste Ringnut wirksam zu verstärken als auch auf besonders einfache Weise einen Kühlkanal in den Kolben bzw. Kolbenkopf einzubringen. Das erfindungsgemäße Einlegeteil kann auf an sich bekannte Weise einfach und lagegenau in der Gießform für den Kolben bzw. Kolbenkopf angeordnet und befestigt werden, nämlich in der gleichen Weise, wie im Stand der Technik ein Ringträgerrohling in einer Gießform angeordnet und fixiert wird. Folglich wird der Aufwand zur Herstellung des erfindungsgemäßen Kolbens bzw. Kolbenkopfes erheblich reduziert.The Insert according to the invention is characterized from that it has structures that are in the finished piston both as reinforcements for a heavily loaded area as well as serve as a cooling channel. Thus, only one needs single insert placed in the mold and accurate position to be fixed to effectively reinforce both the uppermost annular groove as well as a particularly simple way a cooling channel in to introduce the piston or piston head. The invention Insert can be easily and accurately positioned in a known per se in the mold for the piston or piston head be arranged and fixed, namely in the same way, as in the prior art, a ring carrier blank in one Mold is arranged and fixed. Consequently, the Effort for the preparation of the invention Piston or piston head significantly reduced.
Da das erfindungsgemäße Einlegeteil mit einem Kühlkanal versehen ist, ist kein gesonderter Salzkern für die Gießform mehr erforderlich. Außerdem wird der Kühlkanal zwangsläufig mit der gleichen Lagegenauigkeit in der Gießform angeordnet wie das erfindungsgemäße Einlegeteil selbst. Das erfindungsgemäße Einlegeteil wird, wie oben beschrieben, über seine einem Ringträgerrohling entsprechende Struktur in der Gießform fixiert. Dies geschieht mit einer größeren Lagegenauigkeit als beim Einlegen eines Salzkerns, so dass der Kühlkanal im fertigen Kolben bzw. Kolbenkopf eine größere Lagegenauigkeit aufweist als es im Stand der Technik bisher möglich ist. Im Übrigen kann der Kühlkanal im erfindungsgemäßen Einlegeteil besonders nahe an der obersten Ringnut positioniert werden, wodurch sich automatisch ein besonders geringer Abstand auch zum Muldenrand und zum Muldengrund ergibt. Auf diese Weise wird eine bessere Kühlwirkung sowohl im Bereich der thermisch besonders stark belasteten obersten Ringnut als auch im Bereich der Verbrennungsmulde erzielt.There the insert according to the invention with a cooling channel is provided, is not a separate salt core for the mold more required. In addition, the cooling channel inevitably with the same positional accuracy in the mold arranged as the insert according to the invention itself. The insert according to the invention becomes, as described above, via its one ring carrier blank corresponding structure fixed in the mold. this happens with a greater positional accuracy than when inserting a salt core, leaving the cooling channel in the finished piston or piston head has a greater positional accuracy as previously possible in the art. Furthermore can the cooling channel in the invention Insertion positioned particularly close to the top annular groove which automatically creates a particularly small distance also results to the trough edge and the trough bottom. In this way will have a better cooling effect both in the area of thermal particularly heavily loaded uppermost annular groove as well as in the area scored the combustion bowl.
Zusammenfassend ergeben sich also zahlreiche Vorteile gegenüber dem Stand der Technik: Erhebliche Vereinfachung des Gießverfahrens für den erfindungsgemäßen Kolben und zugleich effektive Verstärkung der obersten Ringnut, Minimierung der Lagetoleranz für den Kühlkanal, optimierte Positionierung des Kühlkanals und damit gute Kühlung der obersten Ringnut und der Verbrennungsmulde.In summary So there are many advantages over the stand the technique: Substantial simplification of the casting process for the piston according to the invention and at the same time effective reinforcement of the uppermost annular groove, minimizing the Position tolerance for the cooling channel, optimized positioning the cooling channel and thus good cooling of the top Ring groove and the combustion bowl.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.advantageous Further developments emerge from the subclaims.
Die Abdeckungen sind zweckmäßigerweise mittels Schweißen, Kleben oder Löten und/oder Formschlusses mit dem Ringträgerteil und dem Muldengrundteil verbunden.The Covers are conveniently by welding, Gluing or soldering and / or positive connection with the ring carrier part and the trough base connected.
Das Muldengrundteil des erfindungsgemäße Einlegeteils kann in einer bevorzugten Ausführungsform eine zumindest teilweise Muldengrundverstärkung bilden, wodurch die thermische und mechanische Beständigkeit der Verbrennungsmulde verbessert wird. In vergleichbarer Weise kann ein zusätzlicher Muldenbereich für eine Muldenrandverstärkung vorgesehen sein.The Trough base of the insert according to the invention can in a preferred embodiment, at least one partially forming a trough base reinforcement, whereby the thermal and improved mechanical resistance of the combustion bowl becomes. Similarly, an additional trough area be provided for a Muldenrandverstärkung.
Das erfindungsgemäße Einlegeteil kann ferner Strukturen zur formschlüssigen Verbindung mit dem Kolben bzw. Kolbenkopf aufweisen, welche die kraftschlüssige Verbindung zwischen Einlegeteil und Kolben ergänzen.The The insert according to the invention can also have structures for positive connection with the piston or piston head having the frictional connection between Insert insert and piston.
Die das erfindungsgemäße Einlegeteil bildenden Teile können aus einem beliebigen Werkstoff bestehen. Geeignet sind bspw. faserverstärkte Werkstoffe und insbesondere Werkstoffe, wie sie zur Herstellung der an sich bekannten Ringträger verwendet werden. Dazu gehört vor allem eine als NiResist bekannte Form des austenitischen Gusseisens. In diesem Fall ist es zweckmäßig, das erfindungsgemäße Einlegeteil vor dem Eingießen in den Kolben bzw. Kolbenkopf einem an sich bekannten Alfinierungsverfahren zu unterziehen.The the insert according to the invention forming parts can be made of any material. Suitable are, for example, fiber-reinforced materials and in particular Materials such as those for the production of the known ring carrier be used. This includes, above all, a NiResist known form of austenitic cast iron. In this case is it expedient, before the insert according to the invention the pouring into the piston or piston head a per se undergo known Alfinierungsverfahren.
Die das erfindungsgemäße Einlegeteil bildenden Bauteile können bspw. als Gießteile oder Drehteile ausgebildet sein. Der erfindungsgemäße Kolben bzw. Kolbenkopf ist bspw. aus einer Aluminiumlegierung gegossen und in dieser Form für alle Motoren, insbesondere jedoch für Dieselmotoren geeignet.The the insert according to the invention forming components can, for example, formed as castings or turned parts be. The piston or piston head according to the invention is, for example, cast from an aluminum alloy and in this form for all engines, but especially for diesel engines suitable.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in einer schematischen, nicht maßstabsgetreuen Darstellung:One Embodiment of the present invention is in Below with reference to the accompanying drawings closer explained. They show in a schematic, not to scale Presentation:
Das
Muldengrundteil
Das
Ringträgerteil
Das
in
Das
so vorbereitete Einlegeteil
Der
Rohling
Das
Einlegeteil
Nicht dargestellt ist ferner, dass das Ringträgerteil und/oder das Muldengrundteil mit zusätzlichen Strukturen versehen sein können, um eine zusätzliche formschlüssige Verbindung zwischen dem Einlegeteil und dem Kolbenkopf zu erhalten. Das Ringträgerteil und/oder das Muldengrundteil können bspw. mit gleichmäßig über ihren Umfang verteilten Strukturen in Form von sich axial erstreckenden Durchbrüchen oder radialen Ausnehmungen versehen sein. Beim Eingießen des Einlegeteils in den Kolbenkopf werden diese Durchbrüche bzw. Ausnehmungen mit dem Werkstoff des Kolbenkopfes durchsetzt, woraus eine zusätzliche formschlüssige Verbindung zwischen dem Einlegeteil und dem Kolbenkopf resultiert. Das Muldengrundteil und/oder das Ringträgerteil können aber auch entlang ihrer Außenflächen mit Hinterschnitten oder Vorsprüngen versehen sein. In vergleichbarer Weise kann der Muldenbereich in seinem unteren inneren Bereich einen umlaufenden Vorsprung oder Hinterschnitt aufweisen. Diese Strukturen können eingegossen oder durch spanende Nachbearbeitung in das Ringträgerteil bzw. das Muldengrundteil eingebracht sein und bewirken ebenfalls eine zusätzliche formschlüssige Verbindung des Einlegeteils mit dem Kolbenkopf.Not it is further shown that the ring carrier part and / or the trough base provided with additional structures can be an additional form-fitting To obtain connection between the insert and the piston head. The ring carrier part and / or the trough base can, for example. with structures evenly distributed around its circumference in the form of axially extending apertures or be provided radial recesses. When pouring the Insert in the piston head these breakthroughs or recesses interspersed with the material of the piston head, resulting in an additional positive connection between the insert and the piston head results. The trough base and / or the ring carrier part but can also along their outer surfaces with undercuts or protrusions be provided. Similarly, the trough area in its lower inner area a circumferential projection or Have undercut. These structures can be cast or by subsequent machining in the ring carrier part or be introduced the trough base and also cause a additional positive connection of the insert with the piston head.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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