DE102009020355A1

DE102009020355A1 - Piston for reciprocating piston engine, particularly internal combustion engine, is made of steel and hub for mounting piston pin and piston skirt

Info

Publication number: DE102009020355A1
Application number: DE200910020355
Authority: DE
Inventors: Martin Dipl.-Ing. Schmid; Tobias SCHÄDEL; Sven Skorupa
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2009-05-07
Filing date: 2009-05-07
Publication date: 2010-11-11

Abstract

The piston (10) is made of steel and a hub (28) for mounting a piston pin (29) and a piston skirt. Two rod arrangements (16,18) are provided with the hub for connecting the piston skirt. The hubs have corresponding rod elements (20,22,24,26), which are formed on one another in running manner in radial direction from the hubs for piston skirt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolben für eine Hubkolbenmaschine nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, sowie einen Kolben für eine Hubkolbenmaschine nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 5 und einen Kolben für eine Hubkolbenmaschine nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 8.The The invention relates to a piston for a reciprocating engine the preamble of claim 1, and a piston for a reciprocating engine according to the preamble of claim 5 and a piston for a reciprocating engine according to the preamble of claim 8.

Bei bekannten Kolben für eine Hubkolbenmaschine kommt es bei verschiedenen Betriebstemperaturen während des Betriebs der Hubkolbenmaschine, welche beispielsweise eine Form einer Verbrennungskraftmaschine aufweist, zu Kolbengeräuschen, verursacht durch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten der Kolben und der Kurbelgehäuse der jeweiligen Verbrennungskraftmaschinen. In Folge der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten und der daraus resultierenden unterschiedlichen Wärmeausdehnungen entstehen unterschiedliche Betriebsspiele der Kolben im Kurbelgehäuse.at known piston for A reciprocating engine comes at different operating temperatures while the operation of the reciprocating engine, which, for example, a form an internal combustion engine, to piston noise, caused by different thermal expansion coefficients the piston and the crankcase the respective internal combustion engines. In consequence of the different ones CTE and the resulting different thermal expansions arise different operating cycles of the pistons in the crankcase.

Speziell in einem Warmbetrieb von Stahlkolben in Aluminium-Kurbelgehäusen treten die beschriebenen Kolbengeräusche verstärkt auf, da sich in diesem Falle das Kurbelgehäuse, speziell eine Zylinderbohrung, in welcher der korrespondierende Stahlkolben geführt ist, stärker ausdehnt als der Stahlkolben, woraus im Warmbetrieb ein großes Spiel resultiert, was zu oben beschriebenen und unerwünschten Kolbengeräuschen führt.specially in a hot operation of steel pistons in aluminum crankcases occur the described piston noises reinforced because in this case the crankcase, especially a cylinder bore, in which the corresponding steel piston is guided, expands more than the steel piston, which makes a big game in warm operation results, leading to the above-described and unwanted piston noise.

Als bekannte Lösung zur Reduzierung der Kolbengeräusche existieren Kolben, welche ein von einem Ringsteg des Kolbens entkoppeltes Kolbenhemd aufweisen, welches wiederum über zwei Stege an eine Nabe des Kolbens angebunden ist. Derartige Lösungen erlauben eine Verringerung eines Kalteinbauspiels des Kolbens, welcher aus Stahl gebildet ist, weisen aber gleichzeitig die Nachteile eines möglichen Fressens und einer höheren Reibung auf, was in einem erhöhten Kraftstoffverbrauch und damit in erhöhten CO₂-Emmisionen der korrespondierenden Verbrennungskraftmaschine resultiert.As a known solution for reducing the noise of the piston exist pistons, which have a decoupled from an annular web of the piston piston skirt, which in turn is connected via two webs to a hub of the piston. Such solutions allow a reduction of cold build-up of the piston, which is made of steel, but at the same time have the disadvantages of a possible seizure and a higher friction, resulting in increased fuel consumption and thus in increased CO ₂ emissions of the corresponding internal combustion engine.

Eine weitere bekannte Lösungsmöglichkeit besteht in einem Einsatz von Kolben, welche im Wesentlichen aus Aluminium gebildet sind. Derartige Lösungen weisen aber die Nachteile einer geringeren Festigkeit, eines negativen Spiels und einer hohen Reibung bei hohen Betriebstemperaturen in Folge einer großen Wärmeausdehnung der im Wesentlichen aus Aluminium gebildeten Kolben auf.A further known solution exists in an insert of pistons, which are essentially aluminum are formed. Such solutions but have the disadvantages of a lower strength, a negative Game and high friction at high operating temperatures in Consequence of a big one thermal expansion the piston formed essentially of aluminum.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kolben der eingangs genannten Art derart weiter zu entwickeln, dass eine Reduzierung eines Kolbengeräusches bei verschiedenen Betriebstemperaturen einer Verbrennungskraftmaschine reduziert oder gar vermieden ist.It is therefore an object of the present invention, a piston of the above to develop such a way that a reduction a piston noise at different operating temperatures of an internal combustion engine reduced or even avoided.

Diese Aufgabe wird durch einen Kolben für eine Hubkolbenmaschine mit den Merkmalen der nebengeordneten Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.These Task is accompanied by a piston for a reciprocating engine solved the features of the independent claims. Advantageous embodiments with functional and non-trivial developments of the invention are indicated in the dependent claims.

Ein solcher Kolben führt eine Hubkolbenmaschine, insbesondere eine Verbrennungskraftmaschine, welcher insbesondere im Wesentlichen aus Stahl gebildet ist und eine Nabe zur Lagerung eines Kolbenbolzens sowie ein Kolbenhemd aufweist, welches im Wesentlichen über Strebenelemente mit der Nabe verbunden ist, ist erfindungsgemäß dadurch geschaffen, dass zumindest zwei Strebenanordnungen zur Verbindung des Kolbenhemds mit der Nabe vorgesehen sind, welche jeweils zwei korrespondierende Strebenelemente aufweisen, welche in radialer Richtung von der Nabe zum Kolbenhemd hin aufeinander zulaufend ausgebildet sind. In Folge dieser aufeinander zulaufenden Ausbildung der dünnwandigen Strebenelemente kommt es bei erhöhten Betriebstemperaturen der Hubkolbenmaschine zu einem Längenzuwachs der Strebenelemente durch einen Wärmeeintrag in dieselbigen, wobei dieser Längenzuwachs einerseits durch die Nabe des Kolbens stabil abgestützt ist, wodurch andererseits das Kolbenhemd, welches über die jeweiligen Strebenelemente mit den Strebenanordnungen verbunden ist, durch den Längenzuwachs der Strebenelemente von der Nabe wegbewegt wird und sich an eine korrespondierende Zylinderwand eines Zylinders der Hubkolbenmaschine, in welcher ein entsprechender erfindungsgemäßer Kolben verbaut ist, anlegt. Unterschiedliche Wärmeausdehnungen des Kolbens und der Zylinderbohrung beispielsweise in Folge unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten eines Werkstoffs eines Kurbelgehäuses der Hubkolbenmaschine, durch welches die Zylinderbohrung gebildet ist, und des Kolbens, sind dadurch vermieden, wodurch es in einem Warmbetrieb der Hubkolbenmaschine nicht oder nur zu einem sehr geringen Betriebsspiel des Kolbens kommt. Dadurch sind die eingangs genannten Kolbengeräusche in Folge eines erhöhten Betriebsspiels vermieden oder zumindest stark reduziert.One such piston leads a reciprocating piston engine, in particular an internal combustion engine, which is essentially formed in particular of steel and a hub for supporting a piston pin and a piston skirt which essentially has strut elements with the hub is connected, is inventively created by that at least two strut arrangements for connecting the piston skirt are provided with the hub, which in each case two corresponding Have strut elements, which in the radial direction of the hub are designed to converge towards the piston skirt. As a result this converging formation of thin-walled strut elements it comes at elevated Operating temperatures of the reciprocating engine to a length increase the strut elements by a heat input in the same, being this increase in length is stably supported on the one hand by the hub of the piston, on the other hand, the piston skirt, which over the respective strut elements associated with the strut arrangements, by the increase in length the strut elements is moved away from the hub and attached to a corresponding cylinder wall of a cylinder of the reciprocating engine, in which a corresponding piston according to the invention is installed, applies. Different thermal expansions the piston and the cylinder bore, for example, as a result of different CTE a material of a crankcase the reciprocating engine, through which the cylinder bore is formed, and the piston, are thereby avoided, which makes it in a warm operation the reciprocating engine not or only to a very low operating clearance the piston comes. As a result, the above-mentioned piston noise in Consequence of an increased Operational play avoided or at least greatly reduced.

Eine weitere Verbesserung der Vermeidung der Kolbengeräusche durch einen erhöhten Wärmeeintrag bzw. durch einen erhöhten Längenzuwachs der beschriebenen Strebenelemente der jeweiligen Strebenanordnung ist dadurch erreicht, dass die korrespondierenden Strebenelemente der Strebenvorrichtung im Wesentlichen annähernd dreieckig ausgebildet sind. Dies bedeutet also, dass die Strebenelemente in einem Anbindungsbereich an das Kolbenhemd aufeinandertreffen, sich berühren, während eine Grundseite des so gebildeten Dreiecks mit der Nabe verbunden ist bzw. diese Nabe bildet im Falle einer einstückigen Ausbildung der Strebenanordnung und der Nabe. Somit stützen sich die korrespondierenden Strebenelemente einerseits stabil an der Nabe ab, während ein Längenzuwachs besonders in radialer Richtung von der Nabe zum Kolbenhemd stattfindet, wodurch das Kolbenhemd also wie beschrieben verstärkt an die Zylinderwand der Zylinderbohrung gedrückt wird zur Vermeidung des Betriebsspiels des Kolbens und damit der Kolbengeräusche.A further improvement of the avoidance of the piston noises by an increased heat input or by an increased increase in length of the described strut elements of the respective strut arrangement is achieved in that the corresponding strut elements of the strut device are formed substantially approximately triangular. This means that the strut elements meet in a connection region to the piston skirt touch, while a base of the triangle thus formed with the Hub is connected or forms this hub in the case of a one-piece design of the strut assembly and the hub. Thus, the corresponding strut elements are supported on the one hand stably on the hub, while a length increase takes place particularly in the radial direction of the hub to the piston skirt, whereby the piston skirt is pressed as described reinforced to the cylinder wall of the cylinder bore to avoid the operating clearance of the piston and thus the piston noise.

Wie bereits angedeutet, kommen die Vorteile des erfindungsgemäßen Kolbens insbesondere dann zum Tragen, wenn er beispielsweise in ein Kurbelgehäuse, welches im Wesentlichen aus Aluminium gebildet ist, eingesetzt wird, da in diesem Falle besonders unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten des im Wesentlichen aus Stahl gebildeten Kolbens und des im Wesentlichen aus Aluminium gebildeten Kurbelgehäuses vorliegen, was zu großen unterschiedlichen Wärmeausdehnungen insbesondere bei hohen Betriebstemperaturen führen würde. Durch den erfindungsgemäßen Kolben sind diese unterschiedlichen Wärmeausdehnungen und die daraus resultierenden Kolbengeräusche kompensierbar.As already indicated, the advantages of the piston according to the invention come especially when it is in a crankcase, for example is formed essentially of aluminum, is used since in this case, particularly different thermal expansion coefficients essentially the piston formed of steel and the substantially made of aluminum formed crankcase, resulting in large different thermal expansion especially at high operating temperatures. By the piston according to the invention are these different thermal expansions and the resulting piston noise compensated.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Kolbenhemd durch zumindest zwei Kreissegmente gebildet ist. Vorteilhafter Weise sind diese Kreissegmente auf einer Druckseite und auf einer Gegendruckseite des Kolbens angeordnet, wodurch eine besonders effiziente Abstützung und Vermeidung des Kolbenhemds an der Zylinderwand geschaffen ist zur Vermeidung der Kolbengeräusche.at an advantageous embodiment The invention provides that the piston skirt by at least two circular segments is formed. Advantageously, these are Circular segments on a pressure side and on a counterpressure side arranged the piston, creating a particularly efficient support and Avoidance of the piston skirt on the cylinder wall is created for Avoidance of the piston noise.

Um eine gleichmäßige Abstützung der Kolbenhemds an der Zylinderwand zu realisieren, wodurch eine gleichmäßige Verteilung einer Belastung des Kolbens in Folge von Verbrennungsvorgängen und damit eine höhere Lebensdauer des Kolbens geschaffen ist, ist bei einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die korrespondierenden Strebenelemente der Strebenanordnung in axialer Richtung der Nabe im Wesentlichen mittig des Kolbenhemds mit dem Kolbenhemd verbunden sind. Dies bedeutet also, dass der zuvor beschriebene Längenzuwachs und die daraus resultierende Anlage des Kolbenhemds an die Zylinderwand mittig des Kolbenhemds eingeleitet wird, um wie beschrieben ein gleichmäßiges Anlegen des Kolbenhemds und damit eine gleichmäßige Belastung zur Erhöhung der Lebensdauer des Kolbens zu schaffen.Around a uniform support of the Piston shirts to realize the cylinder wall, creating a uniform distribution a load on the piston as a result of combustion processes and thus a higher one Lifespan of the piston is created is special in another advantageous embodiment the invention provides that the corresponding strut elements the strut assembly in the axial direction of the hub substantially Center of the piston skirt are connected to the piston skirt. this means so that the length increase described above and the resulting resulting plant of the piston skirt centered on the cylinder wall of the piston skirt is initiated, as described a uniform application of the Kolbenhemds and thus a uniform load to increase the To provide life of the piston.

Wie bereits angedeutet sind das Kolbenhemd, die Strebenelemente und die Nabe vorteilhafter Weise einstückig ausgebildet, was eine Teileanzahl und damit Gesamtkosten für einen derartigen Kolben gering hält.As already indicated are the piston skirt, the strut elements and the hub advantageously integrally formed, which is a Number of parts and thus total costs for such a piston low holds.

Zur Erfindung gehört auch ein Kolben für eine Hubkolbenmaschine, insbesondere eine Verbrennungskraftmaschine, welcher insbesondere im Wesentlichen aus Stahl gebildet ist und eine Nabe zur Lagerung eines Kolbenbolzens sowie ein Kolbenhemd aufweist, welches im Wesentlichen über Strebenelemente mit der Nabe verbunden ist, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass das Kolbenhemd über lediglich zwei Strebenelemente mit der Nabe verbunden ist, welche in axialer Richtung der Nabe mit einem jeweiligen Endbereich der Nabe verbunden sind. In Folge dieser bzgl. einer axialen Richtung der Nabe einseitigen Anbindung des Kolbenhemds an die Nabe über das jeweilige dünnwandige Strebenelement, wobei das Kolbenhemd, das Strebenelement und die Nabe einstückig ausgebildet sein können, kommt es bei einem Betrieb der Hubkolbenmaschine in Folge eines hohen Wärmeeintrags auf einer der Nabe zugewandten Seite des Kolbenhemds und eines geringeren Wärmeeintrags auf einer der Nabe abgewandten Seite des Kolbenhemds zu einer Anlage des Kolbenhemds an die Zylinderwand der Zylinderbohrung des jeweiligen Kurbelgehäuses, wodurch unterschiedliche Wärmeausdehnungen zwischen dem Kolben und dem Kurbelgehäuse ebenso kompensierbar sind mit allen in diesem Zusammenhang bereits beschriebenen Vorteile einer Reduzierung bzw. Vermeidung von Kolbengeräuschen, was ebenso einen Komfortzugewinn für Insassen eines Kraftwagens mit einer Verbrennungskraftmaschine mit einem erfindungsgemäßen Kolben bedeutet. Mit anderen Worten bedeutet dies also, dass sich das Kolbenhemd quasi durch die einseitige Anbindung von der Nabe des Kolbens weg dreht, da sich die der Nabe zugewandten Seite des Kolbenhemds stärker ausdehnt als die kühlere, der Nabe abgewandten Seite des Kolbenhemds.to Invention belongs also a piston for one Reciprocating piston engine, in particular an internal combustion engine, which is essentially formed in particular of steel and a hub for supporting a piston pin and a piston skirt which essentially comprises strut elements with the Hub is connected, wherein it is provided according to the invention that the Piston shirt over only two strut elements are connected to the hub, which in the axial direction of the hub with a respective end portion of the Hub are connected. As a result of this with respect to an axial direction the hub unilateral attachment of the piston skirt to the hub via the respective thin-walled strut element, wherein the piston skirt, the strut element and the hub are formed integrally can, it comes in an operation of the reciprocating engine as a result of a high heat input a side of the piston skirt facing the hub and a smaller one heat input on a side facing away from the hub of the piston skirt to a plant the piston skirt to the cylinder wall of the cylinder bore of the respective crankcase whereby different thermal expansions between the piston and the crankcase are also compensated with all the benefits already described in this context Reduction or avoidance of piston noises, which also improves comfort for inmates a motor vehicle with an internal combustion engine with a piston according to the invention means. In other words, this means that the piston skirt quasi by the one-sided connection away from the hub of the piston rotates as the hub-facing side of the piston skirt expands more as the cooler, the hub facing away from the piston skirt.

Diese Ausführungsform ermöglicht auch einen Einbau des Kolbens in die korrespondierende Hubkolbenmaschine mit einem geringeren Kalteinbauspiel, da in Folge der dünnwandigen Anbindung eine elastische Anbindung des Kolbenhemds an die Nabe geschaffen ist, wodurch eine Fresssicherheit des Kolbens deutlich erhöht ist.These embodiment allows also an installation of the piston in the corresponding reciprocating engine with a lower cold incorporation, as a result of the thin-walled Connection an elastic connection of the piston skirt to the hub is created, whereby a seizure resistance of the piston clearly elevated is.

Zur Vergleichmäßigung der beschriebenen Anlage des Kolbenhemds an die Zylinderwand der Zylinderbohrung ist vorteilhafter Weise vorgesehen, dass die zwei Strebenelemente in einander gegenüber liegenden Endbereichen der Nabe angeordnet sind. Dies birgt den Vorteil, dass ein Drehsinn der oben beschriebenen Drehung, durch welche die Anlage des Kolbens realisiert ist, beidseitig der Nabe des Kolbenhemds gleich ist, wodurch also eine Vergleichsmäßigung der Anlage des Kolbenhemds an die Zylinderwand geschaffen ist zur Vergleichmäßigung der Belastung des Kolbens, wodurch die Vermeidung der Kolbengeräusche als auch eine Erhöhung der Lebensdauer des Kolbens in besonders effizienter Weise realisiert sind.For equalization of the described system of the piston skirt to the cylinder wall of the cylinder bore is advantageously provided that the two strut elements are arranged in mutually opposite end portions of the hub. This has the advantage that a sense of rotation of the rotation described above, by which the system of the piston is realized on both sides of the hub of the piston skirt is the same, so thus a Vergleichalsigung the system of the piston skirt is provided to the cylinder wall to equalize the load of the piston, whereby the Ver Avoidance of the piston noises and an increase in the life of the piston are realized in a particularly efficient manner.

An dieser Stelle sei angemerkt, dass mit der der Nabe abgewandten Seite des Kolbenhemds eine der Zylinderwand zugewandte Seite des Kolbenhemds gemeint ist.At It should be noted that with the hub facing away from the side of the piston skirt a side of the piston skirt facing the cylinder wall is meant.

Zur weiteren Verbesserung der Vermeidung der Kolbengeräusche ist vorteilhafter Weise vorgesehen, dass das Kolbenhemd zumindest durch zwei Kreissegmente gebildet ist, welche wiederum auf der Druckseite bzw. der Gegendruckseite des Kolbens angeordnet sind. Dadurch ist ein besonders flexibles und elastisches Kolbenhemd geschaffen, wodurch eine Anlage des Kolbenhemds an die Zylinderwand und damit eine Vermeidung der Kolbengeräusche weiter verbessert ist.to further improvement of the prevention of piston noise is provided advantageously that the piston skirt at least by two circle segments is formed, which in turn on the pressure side or the counter-pressure side of the piston are arranged. This is a particularly flexible and elastic piston skirt created, creating a Installation of the piston skirt on the cylinder wall and thus avoidance the piston noise continues is improved.

Wie bereits in Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform der Erfindung erwähnt, ist vorteilhafter Weise vorgesehen, dass das Kolbenhemd, die Strebenelemente und die Nabe einstückig ausgebildet sind zur Reduzierung der Teileanzahl und damit der Gesamtkosten des Kolbens.As already mentioned in connection with the first embodiment of the invention is provided advantageously that the piston skirt, the strut elements and the hub in one piece are designed to reduce the number of parts and thus the total cost of the piston.

Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Kolben für eine Hubkolbenmaschine, insbesondere eine Verbrennungskraftmaschine, welcher insbesondere aus Stahl gebildet ist und eine Nabe zur Lagerung eines Kolbenbolzens sowie ein Kolbenhemd aufweist, welches im Wesentlichen über Strebenelemente mit der Nabe verbunden ist, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass das Kolbenhemd auf einer Druckseite und auf einer Gegendruckseite des Kolbens jeweils eine in Kolbenhochrichtung verlaufende, das Kolbenhemd jeweils in zwei separate Bereiche teilende Aussparung aufweist. Die Funktion und der Vorteil des Aspekts der Erfindung korreliert mit der zweiten Ausführungsform der Erfindung, wobei bei dieser dritten Ausführungsform eine höhere Stabilität des Kolbens geschaffen ist, wodurch höhere Zylinderdrücke der korrespondierenden Hubkolbenmaschine ermöglicht sind, was zu einem effizienteren Betrieb der Hubkolbenmaschine beispielsweise in Form einer Verbrennungskraftmaschine führt. Dieser effiziente Betrieb resultiert in einem geringeren Kraftstoffverbrauch und damit in geringeren CO₂-Emmisionen derselbigen. Auch bei dieser Ausführungsform sind unterschiedliche Wärmeausdehnungen auf Grund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Kolben und der Zylinderbohrung, welches durch das Kurbelgehäuse der Hubkolbenmaschine gebildet ist, kompensierbar, wobei die Anlage des Kolbenhemds des Kolbens nun an quasi zwei Punkten pro Seite, also pro Druck- und Gegendruckseite geschieht und nicht wie bekannt in axialer Richtung der Nabe mittig des Kolbenhemds an nur einem Punkt.Furthermore, the invention relates to a piston for a reciprocating engine, in particular an internal combustion engine, which is in particular made of steel and has a hub for supporting a piston pin and a piston skirt, which is connected to the hub substantially via strut elements, wherein according to the invention it is provided that the piston skirt on a pressure side and on a counter-pressure side of the piston in each case one extending in the piston vertical direction, the piston skirt each having two separate areas dividing recess. The function and advantage of the aspect of the invention correlates with the second embodiment of the invention, wherein in this third embodiment, a higher stability of the piston is provided, whereby higher cylinder pressures of the corresponding reciprocating engine are enabled, resulting in a more efficient operation of the reciprocating engine, for example in the form of a Internal combustion engine leads. This efficient operation results in lower fuel consumption and thus lower CO ₂ emissions of the same. Also in this embodiment, different thermal expansions due to different thermal expansion coefficients between the piston and the cylinder bore, which is formed by the crankcase of the reciprocating engine, compensated, the plant of the piston skirt of the piston now at quasi two points per side, so per pressure and counter-pressure side happens and not as known in the axial direction of the hub center of the piston skirt at only one point.

Zur Verbesserung der Anlage des Kolbenhemds und damit zur besseren Vermeidung des Kolbengeräusches ist vorteilhafter Weise vorgesehen, dass das Kolbenhemd in axialer Richtung der Narbe in Endbereichen der Nabe über vier Strebenelemente mit der Nabe verbunden sind, wobei die Strebenelemente vorteilhafter Weise dünnwandig ausgebildet sind. Wie schon in Bezug zu der zweiten Ausführungsform der Erfindung beschrieben, erlaubt diese Ausbildung quasi eine Drehung des Kolbenhemds um das jeweilige Strebenelement zur Anlage des Kolbenhemds an der Zylinderwand, um das Betriebsspiel insbesondere bei hohen Temperaturen zu vermeiden bzw. zu reduzieren. Das bedeutet also, dass das Kolbenhemd auf der Druck- und Gegendruckseite über je zwei Strebenelemente mit der Nabe verbunden ist, wobei je ein Strebenelement einenends der Nabe in einem Endbereich derselbigen mit der Nabe verbunden ist.to Improvement of the installation of the piston skirt and thus for better avoidance the piston noise is advantageously provided that the piston skirt in axial Direction of the scar in end regions of the hub using four strut elements the hub are connected, wherein the strut elements advantageous Way thin-walled are formed. As in relation to the second embodiment described the invention, this training allows virtually a rotation the piston skirt around the respective strut element for conditioning the piston skirt on the cylinder wall to the operating clearance, especially at high Avoid or reduce temperatures. So that means that the piston skirt on the pressure and counter-pressure side over two Struts elements is connected to the hub, each with a strut element one end of the hub in one end area of the same with the hub connected is.

Ist das Kolbenhemd durch vier Kreissegmente gebildet, so ergibt sich daraus der in den Zusammenhang mit zwei Kreissegmenten beschriebene Vorteil, dass ein besonders elastisches und flexibles Kolbenhemd geschaffen ist, was eine verbesserte Anlage zur Verbesserung der Vermeidung der Kolbengeräusche geschaffen ist.is the piston skirt formed by four circle segments, so it follows from this the advantage described in the context of two circle segments, that created a particularly elastic and flexible piston skirt is what an improved facility for improving prevention the piston noise is created.

Weist die Nabe beidenends zumindest je eine Nute zur Aufnahme eines Sicherungsrings auf, so birgt dies den Vorteil, dass dadurch der Kolbenbolzen mittels zweier Sicherungsringe zumindest bereichsweise in der Nabe des Kolbens festlegbar ist zur sicheren Führung und Bewegung des Kolbens während des Betriebs der korrespondierenden Hubkolbenmaschine.has the hub both ends at least one groove for receiving a locking ring on, so this has the advantage that thereby the piston pin means two retaining rings at least partially in the hub of the piston It can be fixed for safe guidance and movement of the piston during the operation of the corresponding reciprocating engine.

An dieser Stelle sei angemerkt, dass bei allen Aspekten der Erfindung vorteilhafter Weise ein Ringsteg, welches auch als Ringfeld zu bezeichnen ist, des Kolbens unmittelbar an das Kolbenhemd angebunden ist zur Erhöhung eines Wärmeeintrags in das Kolbenhemd, um dadurch das Anlegen des Kolbenhemds an die Zylinderwand weiter zu verbessern. Diese Anbindung bedeutet dabei, dass kein Absatz oder keine Aussparung oder dergleichen zwischen Kolbenhemd und dem Ringsteg bzw. dem Ringfeld vorgesehen ist. Dies hat den Vorteil inne, dass die Kolbengeräusche besonders effizient vermeidbar sind.At It should be noted that in all aspects of the invention Advantageously, an annular web, which should also be referred to as a ring field, of the piston is connected directly to the piston skirt to increase a heat input in the piston skirt, thereby applying the piston skirt to the Cylinder wall to improve further. This connection means that no heel or no recess or the like between Piston skirt and the ring land or the ring field is provided. This has the advantage that the piston noises are particularly efficient avoidable are.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung dreier bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die in der nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren allein gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of three preferred embodiments and from the drawings. The features and combinations of features mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or alone in the figures are not only in each case Weil specified combination, but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the invention.

Die Zeichnungen zeigen in:The Drawings show in:

1 eine Querschnittsansicht eines Kolbens für eine Hubkolbenmaschine, welcher insbesondere im Wesentlichen aus Stahl gebildet ist und ein Kolbenhemd und eine Nabe zur Lagerung des Kolbenbolzens aufweist, wobei das Kolbenhemd über zwei Strebenanordnungen mit der Nabe verbunden ist, welche jeweils zwei korrespondierende Strebenelemente umfassen, welche in radialer Richtung von der Nabe zum Kolbenhemd hin aufeinander zulaufend abgebildet sind, sowie eine Skizze eines Funktionsprinzips des Kolbens zur Reduzierung des Betriebsspiels während eines Warmbetriebs, 1 a cross-sectional view of a piston for a reciprocating engine, which is in particular substantially formed of steel and having a piston skirt and a hub for supporting the piston pin, the piston skirt is connected via two strut assemblies with the hub, each comprising two corresponding strut elements, which in radial Direction from the hub to the piston skirt toward each other are shown running towards each other, as well as a sketch of a functional principle of the piston to reduce the operating clearance during a warm operation,

2 eine Querschnittsansicht einer zu 1 alternativen Ausführungsform eines Kolbens, wobei das Kolbenhemd über lediglich zwei Strebenelemente mit der Nabe verbunden ist, welche in axialer Richtung der Nabe mit einem jeweiligen Endbereich der Nabe verbunden sind sowie eine Skizze eines Funktionsprinzips des Kolbens zur Reduzierung des Betriebsspiels und 2 a cross-sectional view of an 1 alternative embodiment of a piston, wherein the piston skirt is connected via only two strut elements with the hub, which are connected in the axial direction of the hub with a respective end portion of the hub and a sketch of a functional principle of the piston to reduce the operating clearance and

3 eine Querschnittsansicht einer zu den vorhergehenden Fig. alternativen Ausführungsform eines Kolbens, wobei das Kolbenhemd auf einer Druckseite und auf einer Gegendruckseite des Kolbens jeweils eine in Kolbenhochrichtung verlaufende, das Kolbenhemd jeweils in eine separate Bereiche teilende Aussparung aufweist, sowie eine Skizze eines Funktionsprinzips des Kolbens zur Reduzierung des Betriebsspiels. 3 a cross-sectional view of an alternative to the preceding figures embodiment of a piston, wherein the piston skirt on a pressure side and on a counter-pressure side of the piston in each case extending in piston vertical direction, the piston skirt each in a separate areas dividing recess, and a sketch of a functional principle of the piston Reduction of operating play.

Die 1 zeigt einen Kolben 10, welcher ein Kolbenhemd aufweist, dass durch zwei Kreissegmente 12 und 14 auf der Druck- bzw. Gegendruckseite des Kolbens 10 gebildet ist.The 1 shows a piston 10 , which has a piston skirt, that by two circular segments 12 and 14 on the pressure or counter-pressure side of the piston 10 is formed.

Des Weiteren umfasst der Kolben 10 eine Nabe 28, mittels derer ein Kolbenbolzen 29 aufgenommen ist, welcher wiederum durch Sicherungsringe 30 und 31 in der Nabe 28 gesichert ist. Die Sicherungsringe 30 und 31 greifen dabei in korrespondierende Nuten 32 und 34 der Nabe 28 ein.Furthermore, the piston comprises 10 a hub 28 , by means of which a piston pin 29 is added, which in turn by retaining rings 30 and 31 in the hub 28 is secured. The circlips 30 and 31 engage in corresponding grooves 32 and 34 the hub 28 one.

Das Kolbenhemd bzw. die Kreissegmente 12 und 14 sind dabei jeweils über Strebenanordnungen 16 bzw. 18 mit der Nabe 28 verbunden. Die beiden Strebenanordnungen 16 und 18 umfassen jeweils zwei korrespondierende Strebenelemente 20 und 22 bzw. 24 und 26, welche in radialer Richtung von der Nabe 28 zum Kolbenhemd hin bzw. zu dem jeweiligen Kreissegment 12 und 14 hin aufeinander zulaufend ausgebildet sind.The piston skirt or the circle segments 12 and 14 are each about strut arrangements 16 respectively. 18 with the hub 28 connected. The two strut arrangements 16 and 18 each comprise two corresponding strut elements 20 and 22 respectively. 24 and 26 which extends radially from the hub 28 to the piston skirt towards or to the respective circle segment 12 and 14 formed towards each other.

Durch diese Ausführungsform des Kolbens 10 ist eine Reduzierung von Kolbengeräuschen während eines Warmbetriebs einer Hubkolbenmaschine, in welchem der Kolben 10 verbaut ist, ermöglicht, was eine Funktionsskizze 40 des Kolbens 10 verdeutlicht.By this embodiment of the piston 10 is a reduction of piston noise during hot operation of a reciprocating engine in which the piston 10 is built-in, allowing for a functional sketch 40 of the piston 10 clarified.

Die Funktionsskizze 40 zeigt dabei nur eine Seite des Querschnitts des Kolbens 10 schematisch, für die andere Seite gilt das in der Funktionsskizze 40 gezeigte analog. In Folge eines Wärmeeintrags während eines Warmbetriebs des Kolbens 10 kommt es zu einem Längenzuwachs der Strebenelemente 20 und 22 der Strebenanordnung 16, was durch Richtungspfeile 42 angedeutet ist. In Folge dessen bewegt sich das Kolbenhemd bzw. das Kreissegment 12 gemäß einem Richtungspfeil 44, da die Strebenelemente 20 und 22 über die Nabe 28 und den Kolbenbolzen 29 stabil abgestützt sind.The functional sketch 40 shows only one side of the cross section of the piston 10 schematic, for the other side that applies in the function sketch 40 shown analog. As a result of heat input during hot operation of the piston 10 it comes to a length increase of the strut elements 20 and 22 the strut arrangement 16 what by directional arrows 42 is indicated. As a result, the piston skirt or the circular segment moves 12 according to a directional arrow 44 as the strut elements 20 and 22 over the hub 28 and the piston pin 29 are stably supported.

Das Kolbenhemd bzw. das Kreissegment 12 legt sich in Folge dessen an eine nicht dargestellte Zylinderwand einer Zylinderbohrung eines korrespondierenden Kurbelgehäuses an, wodurch unterschiedliche Wärmeausdehnungen des Kolbens 10 und des Kurbelgehäuses, beispielsweise in Folge unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten, kompensierbar sind zur Reduzierung der beschriebenen Kolbengeräusche.The piston skirt or the circle segment 12 As a result, attaches to a cylinder wall, not shown, of a cylinder bore of a corresponding crankcase, whereby different thermal expansions of the piston 10 and the crankcase, for example, as a result of different thermal expansion coefficients, are compensated to reduce the piston noise described.

In der 2 bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente wie in der 1.In the 2 like reference characters designate like elements as in FIG 1 ,

Die 2 zeigt eine zum Kolben 10 der 1 alternative Ausführungsform eines Kolbens 10', wobei der Kolben 10' wie auch der Kolben 10 im Wesentlichen aus Stahl gebildet ist und ein Kolbenhemd umfasst, dass durch zwei Kreissegmente 12' und 14' gebildet ist, welche auf einer Druck- bzw. Gegendruckseite des Kolbens 10' angeordnet sind.The 2 shows one to the piston 10 of the 1 alternative embodiment of a piston 10 ' , where the piston 10 ' as well as the piston 10 is formed essentially of steel and includes a piston skirt that is defined by two circular segments 12 ' and 14 ' is formed, which on a pressure or counter-pressure side of the piston 10 ' are arranged.

Zudem weist der Kolben 10' eine Nabe 28' auf, die die gleiche Funktion erfüllt wie die Nabe 28 gemäß 1. Bei dem Kolben 10' ist das Kolbenhemd über lediglich zwei Strebenelemente 22' bzw. 24' mit der Nabe 28' verbunden, welche in axialer Richtung der Nabe 28' mit einem jeweiligen Endbereich der Nabe 28' verbunden sind.In addition, the piston points 10 ' a hub 28 ' on, which performs the same function as the hub 28 according to 1 , At the piston 10 ' is the piston skirt over only two strut elements 22 ' respectively. 24 ' with the hub 28 ' connected, which in the axial direction of the hub 28 ' with a respective end region of the hub 28 ' are connected.

Die Funktion zur Vermeidung von Kolbengeräuschen bei einem Warmbetriebs des Kolbens 10' während eines Betriebs einer korrespondierenden Hubkolbenmaschine, in welcher der Kolben 10' verbaut ist, zeigt eine Funktionsskizze 40', wobei wiederum nur eine Seite des Kolbens 10' dargestellt ist. Für die andere Seite gilt das in der 2 gezeigte Analog.The function to prevent piston noise during hot operation of the piston 10 ' during operation of a corresponding reciprocating engine in which the piston 10 ' is installed, shows a functional sketch 40 ' , again only one side of the piston 10 ' is shown. For the other side that applies in the 2 shown analog.

Im Falle einer relativ zum Kolbenhemd bzw. zum Kreissegment 12' kälteren Zylinderwand einer Zylinderbohrung der Hubkolbenmaschine, in welcher der Kolben 10' verbaut ist, dehnt sich eine der Nabe 28' zugewandte Seite 49 des Kolbenhemds bzw. des Kreissegments 12' stärker aus als eine der Nabe 28' abgewandte Seite 51 des Kolbenhemds bzw. des Kreissegments 12', was durch Richtungspfeile 46 und 48 angedeutet ist. Dadurch verformt sich das Kolbenhemd bzw. das Kreissegment 12' gemäß einem Richtungspfeil 50 derart, dass sich das Kolbenhemd bzw. das Kreissegment 12' von der Nabe 28' weg bewegt und sich an die Zylinderwand der Zylinderbohrung anlegt.In the case of a relative to the piston skirt or the circle segment 12 ' colder cylinder wall one Cylinder bore of the reciprocating engine, in which the piston 10 ' is installed, one of the hub expands 28 ' facing side 49 the piston skirt or the circle segment 12 ' stronger than one of the hub 28 ' opposite side 51 the piston skirt or the circle segment 12 ' what by directional arrows 46 and 48 is indicated. As a result, the piston skirt or the circular segment deforms 12 ' according to a directional arrow 50 such that the piston skirt or the circle segment 12 ' from the hub 28 ' moved away and applies to the cylinder wall of the cylinder bore.

Durch die einseitige Anbindung des Kolbenhemds bzw. des Kreissegments 12' über das Strebenelement 22' kann der Kolben 10' mit einem geringeren Kalteinbauspiel verbaut werden, da durch die in der 2 dargestellte elastische Anbindung des Kolbenhemds bzw. der Kreissegmente 12' und 14' eine Fresssicherheit erhöht ist.Due to the one-sided connection of the piston skirt or the circle segment 12 ' over the strut element 22 ' can the piston 10 ' be installed with a smaller cold installation, as by the in the 2 shown elastic connection of the piston skirt or the circle segments 12 ' and 14 ' a feeding security is increased.

In der 3 bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente wie in den vorhergehenden Fig.In the 3 like reference numerals designate like elements as in the preceding FIGS.

Die 3 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform eines Kolbens 10'' für eine Hubkolbenmaschine, bei welchem die Reduzierung der Kolbengeräusche bei einem Betrieb der Hubkolbenmaschine derart realisiert ist, dass ein Kolbenhemd des Kolbens 10'' auf einer Druckseite und auf einer Gegendruckseite des Kolbens 10'' jeweils eine in Kolbenhochrichtung laufende, das Kolbenhemd in jeweils zwei separate Bereiche 60 und 62 bzw. 64 und 66 teilende Aussparung 68 bzw. 70 aufweist.The 3 shows a further alternative embodiment of a piston 10 '' for a reciprocating engine in which the reduction of the piston noises is realized in an operation of the reciprocating engine such that a piston skirt of the piston 10 '' on a pressure side and on a counter-pressure side of the piston 10 '' in each case one in piston vertical direction, the piston skirt in two separate areas 60 and 62 respectively. 64 and 66 dividing recess 68 respectively. 70 having.

Eine Funktionsskizze 40'' verdeutlicht die Funktion der Reduzierung der Kolbengeräusche, wobei die Funktion analog zur in Bezug zu 2 beschriebenen Funktion des Kolbens 10'. Beim Kolben 10'' erfolgt eine Anlage des Kolbens 10'' bzw. des Kolbenhemds bzw. der Bereiche 60 und 62 bzw. 64 und 66 des Kolbenhemds über zwei Punkte 72 und 74 pro Seite, also pro Druck- bzw. Gegendruckseite des Kolbens 10'' und nicht wie üblich in einer Mitte des Kolbenhemds bzw. jeweiliger Kreissegmente (12', 14', 2).A functional sketch 40 '' illustrates the function of reducing the noise of the piston, the function being analogous to that in relation to 2 described function of the piston 10 ' , At the piston 10 '' an attachment of the piston takes place 10 '' or the piston skirt or the areas 60 and 62 respectively. 64 and 66 of the piston skirt over two points 72 and 74 per page, so per pressure or counter-pressure side of the piston 10 '' and not as usual in a center of the piston skirt or respective circle segments ( 12 ' . 14 ' . 2 ).

10, 10', 10''10 10 ', 10' ': Kolbenpiston
12, 12'12 12 ': Kreissegmentcircular segment
14, 14'14 14 ': Kreissegmentcircular segment
1616: StrebenanordnungBeam arrangement
1818: StrebenanordnungBeam arrangement
20, 20'20 20 ': Strebenelementstrut element
22, 22', 22''22 22 ', 22' ': Strebenelementstrut element
24, 24', 24''24 24 ', 24' ': Strebenelementstrut element
26, 26',26 26 ': Strebenelementstrut element
28, 28', 28''28 28 ', 28' ': Nabehub
2929: Kolbenbolzenpiston pin
3030: Sicherungsringcirclip
3131: Sicherungsringcirclip
3232: Nutgroove
3434: Nutgroove
40, 40', 40''40 40 ', 40' ': Funktionsskizzefunctional sketch
4242: Richtungspfeilarrow
4444: Richtungspfeilarrow
4646: Richtungspfeiledirectional arrows
4848: Richtungspfeiledirectional arrows
4949: Seitepage
5050: Richtungspfeilarrow
5151: Seitepage
6060: BereichArea
6262: BereichArea
6464: BereichArea
6666: BereichArea
6868: Aussparungrecess
7070: Aussparungrecess
7272: PunktPoint
7474: PunktPoint

Claims

Piston ( 10 . 10 ' . 10 '' ) for a reciprocating piston engine, in particular an internal combustion engine, which is in particular essentially made of steel and has a hub ( 28 . 28 ' . 28 '' ) for supporting a piston pin ( 29 ) and a piston skirt which essentially comprises strut elements ( 20 . 20 ' . 22 . 22 ' . 22 '' . 24 . 24 ' . 24 '' . 26 . 26 ' ) with the hub ( 28 . 28 ' . 28 '' ), characterized in that at least two strut arrangements ( 16 . 18 ) for connecting the piston skirt to the hub ( 28 . 28 ' . 28 '' ) are provided, which in each case two corresponding strut elements ( 20 . 20 ' . 22 . 22 ' . 22 '' . 24 . 24 ' . 24 '' . 26 . 26 ' ), which in the radial direction from the hub ( 28 . 28 ' . 28 '' ) are formed towards the piston skirt towards each tapered.

Piston ( 10 . 10 ' . 10 '' ) according to claim 1, characterized in that the corresponding strut elements ( 20 . 20 ' . 22 . 22 ' . 22 '' . 24 . 24 ' . 24 '' . 26 . 26 ' ) of the strut devices ( 16 . 18 ) are formed substantially approximately triangular.

Piston ( 10 . 10 ' . 10 '' ) according to one of claims 1 or 2, characterized in that the piston skirt by at least two circular segments ( 12 . 12 ' . 14 . 14 ' ) is formed.

Piston ( 10 . 10 ' ) according to one of the preceding claims, characterized in that the corresponding strut elements ( 20 . 20 ' . 22 . 22 ' . 22 '' . 24 . 24 ' . 24 '' . 26 . 26 ' ) a strut device ( 16 . 18 ) in the axial direction of the hub ( 28 . 28 ' . 28 '' ) are connected substantially in the center of the piston skirt with the piston skirt.

Piston ( 10 . 10 ' . 10 '' ) for a reciprocating piston engine, in particular an internal combustion engine, which is in particular essentially made of steel and has a hub ( 28 . 28 ' . 28 '' ) for supporting a piston pin ( 29 ) and a piston skirt which essentially comprises strut elements ( 20 . 20 ' . 22 . 22 ' . 22 '' . 24 . 24 ' . 24 '' . 26 . 26 ' ) with the hub ( 28 . 28 ' . 28 '' ), characterized in that the piston skirt over only two strut elements ( 20 . 20 ' . 22 . 22 ' . 22 '' . 24 . 24 ' . 24 '' . 26 . 26 ' ) with the hub ( 28 . 28 ' . 28 '' ), which in the axial direction of the hub ( 28 . 28 ' . 28 '' ) with a respective end region of the hub ( 28 . 28 ' . 28 '' ) are connected.

Piston ( 10 . 10 ' . 10 '' ) according to claim 5, characterized in that the two strut elements ( 20 . 20 ' . 22 . 22 ' . 22 '' . 24 . 24 ' . 24 '' . 26 . 26 ' ) in opposite end portions of the hub ( 28 . 28 ' . 28 '' ) are arranged.

Piston ( 10 . 10 ' . 10 '' ) according to one of claims 5 or 6, characterized in that the piston skirt by at least two circular segments ( 12 . 12 ' . 14 . 14 ' ) is formed.

Piston ( 10 . 10 ' . 10 '' ) for a reciprocating piston engine, in particular an internal combustion engine, which is in particular essentially made of steel and has a hub ( 28 . 28 ' . 28 '' ) for supporting a piston pin ( 29 ) and a piston skirt which essentially comprises strut elements ( 20 . 20 ' . 22 . 22 ' . 22 '' . 24 . 24 ' . 24 '' . 26 . 26 ' ) with the hub ( 28 . 28 ' . 28 '' ), characterized in that the piston skirt on a pressure side and on a counter-pressure side of the piston ( 10 . 10 ' . 10 '' ) each extending in a piston vertical direction, the piston skirt each in two separate areas ( 60 . 62 . 64 . 66 ) dividing recess 68 . 70 ) having.

Piston ( 10 . 10 ' . 10 '' ) according to claim 8, characterized in that the piston skirt in the axial direction of the hub ( 28 . 28 ' . 28 '' ) in end regions of the hub ( 28 . 28 ' . 28 '' ) over four strut elements ( 20 . 20 ' . 22 . 22 ' . 22 '' . 24 . 24 ' . 24 '' . 26 . 26 ' ) with the hub ( 28 . 28 ' . 28 '' ) connected is.

Piston ( 10 . 10 ' . 10 '' ) according to one of claims 8 or 9, characterized in that the piston skirt is represented by four circle segments ( 12 . 12 ' . 14 . 14 '' ) is formed.

Piston ( 10 . 10 ' . 10 '' ) according to one of the preceding claims, characterized in that the hub ( 28 . 28 ' . 28 '' ) at least one groove at a time ( 32 . 34 ) for receiving a locking ring ( 30 . 31 ) having.