DE102014224235A1

DE102014224235A1 - Piston, piston device and method of making a piston

Info

Publication number: DE102014224235A1
Application number: DE102014224235.5A
Authority: DE
Inventors: Claudia Stern; Walter Schuhmacher; Martin Schuster
Original assignee: ElringKlinger AG
Current assignee: ElringKlinger AG
Priority date: 2014-11-27
Filing date: 2014-11-27
Publication date: 2016-06-02

Abstract

Um einen Kolben, welcher beispielsweise in einer Kolbenvorrichtung zum Einsatz kommt und dabei innerhalb eines Zylinders beweglich angeordnet ist, zu schaffen, welcher einfach und kostengünstig herstellbar ist und zugleich einen zuverlässigen Betrieb einer Kolbenvorrichtung ermöglicht, wird vorgeschlagen, dass der Kolben Folgendes umfasst: einen Kolbenboden zur Aufnahme und/oder Erzeugung von Druckkräften; eine Bolzenaufnahme zur Aufnahme eines Kolbenbolzens; einen Grundkörper zur Kraftübertragung zwischen dem Kolbenboden und der Bolzenaufnahme im Betrieb des Kolbens, wobei der Grundkörper aus einem Kunststoffmaterial gebildet ist.In order to provide a piston, which is used for example in a piston device and is movably arranged within a cylinder, which is simple and inexpensive to produce and at the same time enables reliable operation of a piston device, it is proposed that the piston comprises: a piston head for receiving and / or generating compressive forces; a bolt receptacle for receiving a piston pin; a main body for transmitting power between the piston head and the bolt receptacle during operation of the piston, wherein the base body is formed from a plastic material.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolben, welcher beispielsweise in einer Kolbenvorrichtung zum Einsatz kommt und dabei innerhalb eines Zylinders beweglich angeordnet ist. Eine Kolbenvorrichtung ist beispielsweise ein Verbrennungsmotor und/oder eine Kompressorvorrichtung. The present invention relates to a piston which is used, for example, in a piston device and is arranged to be movable within a cylinder. A piston device is for example an internal combustion engine and / or a compressor device.

Im Betrieb einer Kolbenvorrichtung kann sich eine unerwünschte Leckage zwischen dem Kolben und dem Zylinder, in welchem der Kolben geführt ist, ergeben. Zur Reduktion der Leckage kann beispielsweise ein Kolbenring vorgesehen sein, welcher insbesondere bewegbar an einem Grundkörper des Kolbens angeordnet ist. During operation of a piston device, undesired leakage between the piston and the cylinder in which the piston is guided may result. To reduce the leakage, for example, a piston ring may be provided, which is arranged in particular movable on a base body of the piston.

Ein solcher Kolbenring ist beispielsweise aus der DE 10 2013 206 729 A1 bekannt. Such a piston ring is for example from the DE 10 2013 206 729 A1 known.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kolben bereitzustellen, welcher einfach und kostengünstig herstellbar ist und zugleich einen zuverlässigen Betrieb einer Kolbenvorrichtung ermöglicht. The present invention has for its object to provide a piston which is simple and inexpensive to produce and at the same time allows reliable operation of a piston device.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Kolben für eine Kolbenvorrichtung gelöst, welcher Folgendes umfasst:
einen Kolbenboden zur Aufnahme und/oder Erzeugung von Druckkräften;
eine Bolzenaufnahme zur Aufnahme eines Kolbenbolzens;
einen Grundkörper zur Kraftübertragung zwischen dem Kolbenboden und der Bolzenaufnahme im Betrieb des Kolbens. This object is achieved according to the invention by a piston for a piston device, which comprises:
a piston crown for receiving and / or generating compressive forces;
a bolt receptacle for receiving a piston pin;
a main body for transmitting power between the piston head and the bolt receptacle during operation of the piston.

Vorzugsweise ist der Grundkörper aus einem Kunststoffmaterial gebildet. Preferably, the base body is formed of a plastic material.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Grundkörper aus einem Gleitlagerwerkstoff gebildet ist. In particular, it can be provided that the base body is formed from a sliding bearing material.

Der Kolbenboden weist vorzugsweise eine Oberfläche auf, welche im Betrieb des Kolbens in direkten Kontakt mit einem Betriebsgas, insbesondere einem unter Druck stehenden oder unter Druck zu setzenden Betriebsgas, kommt. The piston head preferably has a surface which comes into direct contact with an operating gas, in particular a pressurized or pressurized operating gas, during operation of the piston.

Ein Kunststoffmaterial ist in dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen insbesondere ein organisches, polymeres Festkörpermaterial, welches beispielsweise synthetisch oder halbsynthetisch aus monomeren organischen Molekülen hergestellt wird oder herstellbar ist. A plastic material in this specification and the appended claims is in particular an organic, polymeric solid-state material which is prepared, for example, synthetically or semi-synthetically from monomeric organic molecules or can be prepared.

Ein Kunststoffmaterial ist beispielsweise ein thermoplastisches Material, ein duroplastisches Material und/oder ein Elastomermaterial. A plastic material is for example a thermoplastic material, a thermosetting material and / or an elastomeric material.

Günstig kann es sein, wenn ein Kunststoffmaterial Polyetheretherketon (PEEK) umfasst oder aus Polyetheretherketon gebildet ist. It may be favorable if a plastic material comprises polyetheretherketone (PEEK) or is formed from polyetheretherketone.

Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Kunststoffmaterial ein tribologisch modifiziertes Compoundmaterial ist. Beispielsweise kann ein Kunststoffmaterial vorgesehen sein, welches mit Polytetrafluorethylen (PTFE), Graphit und/oder Molybdändisulfid modifiziert ist. In one embodiment of the invention can be provided that the plastic material is a tribologically modified compound material. For example, a plastic material may be provided which is modified with polytetrafluoroethylene (PTFE), graphite and / or molybdenum disulfide.

Es kann vorgesehen sein, dass das Kunststoffmaterial faserverstärkt, beispielsweise kohlenstofffaserverstärkt, glasfaserverstärkt und/oder mineralfaserverstärkt, ist. It may be provided that the plastic material is fiber-reinforced, for example carbon fiber reinforced, glass fiber reinforced and / or mineral fiber reinforced, is.

Ferner kann vorgesehen sein, dass das Kunststoffmaterial einen oder mehrere Füllstoffe, beispielsweise einen kugelförmigen Füllstoff und/oder einen Mineralfüllstoff, umfasst. Furthermore, it can be provided that the plastic material comprises one or more fillers, for example a spherical filler and / or a mineral filler.

Eine Polymermatrix des Kunststoffmaterials ist beispielsweise aus Polyetheretherketon (PEEK), Polyphenylsulfid (PPS), Polyamid (PA), Polybutylterephtalat (PBT), Polyimid (PI) und/oder Polyoxymethylen (POM) gebildet oder umfasst eines oder mehrere der genannten Materialien. A polymer matrix of the plastic material is formed, for example, from polyetheretherketone (PEEK), polyphenylsulphide (PPS), polyamide (PA), polybutylterephthalate (PBT), polyimide (PI) and / or polyoxymethylene (POM) or comprises one or more of said materials.

Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Grundkörper und der Kolbenboden aus demselben Material gebildet sind. In one embodiment of the invention can be provided that the main body and the piston head are formed of the same material.

Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass der Grundkörper und der Kolbenboden einstückig miteinander ausgebildet sind. Alternatively or additionally, it can be provided that the base body and the piston crown are integrally formed with each other.

Der Kolbenboden kann Bestandteil des Grundkörpers sein. Insbesondere kann der Kolbenboden durch den Grundkörper gebildet sein.The piston head may be part of the body. In particular, the piston head can be formed by the main body.

Ferner kann vorgesehen sein, dass der Grundkörper und der Kolbenboden voneinander verschiedene Bauteile des Kolbens sind. Furthermore, it can be provided that the base body and the piston crown are mutually different components of the piston.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Grundkörper und der Kolbenboden aus voneinander verschiedenen Materialien gebildet sind. In particular, it can be provided that the base body and the piston crown are formed from mutually different materials.

Es kann vorgesehen sein, dass der Kolben ein oder mehrere Inserts umfasst, welche an oder in dem Grundkörper angeordnet sind. It can be provided that the piston comprises one or more inserts, which are arranged on or in the base body.

Der Kolbenboden kann beispielsweise durch ein Insert in oder an dem Grundkörper gebildet sein. The piston head can be formed for example by an insert in or on the base body.

Ferner kann ein Insert beispielsweise ein Gleitlager der Bolzenaufnahme zur Aufnahme des Bolzens sein. Further, an insert may for example be a sliding bearing of the bolt receptacle for receiving the bolt.

Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Grundkörper ein Kolbenhemd des Kolbens umfasst. In one embodiment of the invention, it is provided that the main body comprises a piston skirt of the piston.

Günstig kann es sein, wenn der Kolben, insbesondere ein Kolbenhemd des Kolbens, eine oder mehrere Vertiefungen, Aussparungen und/oder Durchtrittsöffnungen umfasst, in welcher ein oder mehrere Inserts festlegbar oder festgelegt sind. It may be favorable if the piston, in particular a piston skirt of the piston, comprises one or more recesses, recesses and / or passage openings in which one or more inserts can be fixed or fixed.

Vorzugsweise umfasst der Grundkörper des Kolbens eine oder mehrere Vertiefungen, Aussparungen und/oder Durchtrittsöffnungen, in welcher ein oder mehrere Inserts festlegbar oder festgelegt sind. Preferably, the main body of the piston comprises one or more recesses, recesses and / or passage openings, in which one or more inserts can be fixed or fixed.

Das eine oder die mehreren Inserts sind vorzugsweise formschlüssig und/oder stoffschlüssig und/oder unbeweglich an dem Grundkörper, dem Kolbenhemd des Kolbens und/oder dem Kolben festlegbar oder festgelegt. The one or more inserts are preferably form-fitting and / or cohesively and / or immovably fixed to the base body, the piston skirt of the piston and / or the piston or fixed.

Eine formschlüssige Festlegung kann beispielsweise mittels eines Hinterschnitts realisiert werden. A positive fixing can be realized for example by means of an undercut.

Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die eine oder die mehreren Vertiefungen, Aussparungen und/oder Durchtrittsöffnungen in axialer Richtung und/oder in radialer Richtung einen oder mehrere Hinterschnitte aufweisen. For example, it may be provided that the one or more recesses, recesses and / or passage openings in the axial direction and / or in the radial direction have one or more undercuts.

Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass eine oder mehrere Vertiefungen und/oder Aussparungen eine Schwalbenschwanzform aufweisen. For example, it can be provided that one or more depressions and / or recesses have a dovetail shape.

Ein Insert kann beispielsweise in eine Vertiefung, Aussparung und/oder Durchtrittsöffnung eingerastet, verklipst oder sonstwie daran festgelegt werden. An insert can for example be snapped, clipped or otherwise fixed in a recess, recess and / or passage opening.

Ferner kann vorgesehen sein, dass ein Insert in eine Vertiefung, Aussparung und/oder Durchtrittsöffnung eingespritzt wird. Ein Hinterschnitt wird somit vorzugsweise hinterspritzt, insbesondere um das eine oder die mehreren Inserts unbeweglich an dem Grundkörper festzulegen. Furthermore, it can be provided that an insert is injected into a recess, recess and / or passage opening. An undercut is thus preferably back-injected, in particular in order to immobilize the one or more inserts immovably on the base body.

Eine unbewegliche Festlegung ist dabei insbesondere eine Festlegung eines Inserts an dem Grundkörper derart, dass das Insert relativ zu dem Grundkörper weder verdrehbar noch in axialer Richtung, in radialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung verschiebbar ist. An immovable fixing is in particular an attachment of an insert to the base body in such a way that the insert is neither rotatable relative to the base body nor displaceable in the axial direction, in the radial direction and / or in the circumferential direction.

Ein oder mehrere Inserts umfassen vorzugsweise ein Metallmaterial oder sind aus einem Metallmaterial gebildet. One or more inserts preferably comprise a metal material or are formed from a metal material.

Ein Metallmaterial kann beispielsweise ein Aluminiummaterial sein. A metal material may be, for example, an aluminum material.

Günstig kann es sein, wenn ein oder mehrere Inserts Aluminiumguss und/oder Grauguss umfassen oder aus Aluminiumguss und/oder aus Grauguss gebildet sind. It may be favorable if one or more inserts comprise cast aluminum and / or gray cast iron or are formed from cast aluminum and / or gray cast iron.

Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass ein oder mehrere Inserts ein Kunststoffmaterial umfassen oder aus einem Kunststoffmaterial gebildet sind. Alternatively or additionally, it can be provided that one or more inserts comprise a plastic material or are formed from a plastic material.

Das eine oder die mehreren Inserts können dabei aus einem von dem Kunststoffmaterial des Grundkörpers verschiedenen Kunststoffmaterial gebildet sein. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der Grundkörper und das eine oder die mehreren Inserts dasselbe Kunststoffmaterial umfassen oder aus demselben Kunststoffmaterial gebildet sind. The one or more inserts may be formed from a different plastic material from the plastic material of the body. However, it can also be provided that the main body and the one or more inserts comprise the same plastic material or are formed from the same plastic material.

Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass ein oder mehrere Inserts ein PEEK-Material und/oder ein PTFE-Material umfassen oder aus einem PEEK-Material und/oder aus einem PTFE-Material gebildet sind. For example, it can be provided that one or more inserts comprise a PEEK material and / or a PTFE material or are formed from a PEEK material and / or from a PTFE material.

Der Grundkörper des Kolbens umfasst vorzugsweise ein PEEK-Material und/oder ein PTFE-Material oder ist aus einem PEEK-Material und/oder aus einem PTFE-Material gebildet. The main body of the piston preferably comprises a PEEK material and / or a PTFE material or is formed from a PEEK material and / or from a PTFE material.

Der Kolbenboden kann beispielsweise aus einem Metallmaterial gebildet sein oder ein Metallmaterial umfassen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Kolbenboden Aluminiumguss und/oder Grauguss umfasst oder aus Aluminiumguss und/oder aus Grauguss gebildet ist. The piston head may for example be formed of a metal material or comprise a metal material. In particular, it may be provided that the piston crown comprises cast aluminum and / or gray cast iron or is formed from cast aluminum and / or cast iron.

Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass der Kolbenboden ein Kunststoffmaterial umfasst oder aus einem Kunststoffmaterial gebildet ist. Das Kunststoffmaterial ist oder umfasst vorzugsweise ein PEEK-Material und/oder ein PTFE-Material. Alternatively or additionally, it can be provided that the piston head comprises a plastic material or is formed from a plastic material. The plastic material is or preferably comprises a PEEK material and / or a PTFE material.

Das Kunststoffmaterial ist vorzugsweise ein in einem Spritzgussprozess verarbeitbares Material. The plastic material is preferably a processable in an injection molding process material.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das jeweilige Bauteil des Kolbens, welches aus einem Kunststoffmaterial gebildet ist, in einem Spritzgussverfahren herstellbar oder hergestellt ist. In particular, it can be provided that the respective component of the piston, which is formed from a plastic material, can be produced or produced in an injection molding process.

Der Kolbenboden und der Grundkörper sind vorzugsweise aus voneinander verschiedenen Materialien, insbesondere voneinander verschiedenen Kunststoffen (Kunststoffmaterialien) gebildet, wobei der Kolbenboden vorzugsweise aus einem hitze- und/oder druckbeständigen Kunststoff gebildet ist, während der Grundkörper vorzugsweise aus einem Kunststoff mit geringem Reibungskoeffizienten gebildet ist. The piston head and the base body are preferably formed from mutually different materials, in particular mutually different plastics (plastic materials), wherein the piston crown is preferably formed from a heat- and / or pressure-resistant plastic, while the base body is preferably formed from a plastic with a low coefficient of friction.

Vorteilhaft kann es sein, wenn der Kolben ein oder mehrere Gleitelemente umfasst, welche insbesondere formschlüssig und/oder stoffschlüssig in oder an einer oder mehreren Gleitelementaufnahmen des Grundkörpers angeordnet oder anordenbar sind. It can be advantageous if the piston comprises one or more sliding elements, which in particular are arranged or can be arranged in a form-fitting and / or material-locking manner in or on one or more slide element receptacles of the main body.

Das eine oder die mehreren Gleitelemente dienen vorzugsweise der Abstützung des Kolbens am Zylinder. The one or more sliding elements are preferably used to support the piston on the cylinder.

Das eine oder die mehreren Gleitelemente sind beispielsweise Inserts. Vorzugsweise weisen das eine oder die mehreren Gleitelemente einzelne oder mehrere der Merkmale und/oder Vorteile auf, welche im Zusammenhang mit einem Insert beschrieben sind. The one or more sliding elements are inserts, for example. Preferably, the one or more sliding members have one or more of the features and / or advantages described in connection with an insert.

Ein Gleitelement ist beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial gebildet oder umfasst ein Kunststoffmaterial. A sliding element is formed for example of a plastic material or comprises a plastic material.

Eine Gleitelementaufnahme ist insbesondere eine Vertiefung, Aussparung und/oder Durchtrittsöffnung in einem Grundkörper des Kolbens, insbesondere im Kolbenhemd des Kolbens. A Gleitelementaufnahme is in particular a recess, recess and / or passage opening in a base body of the piston, in particular in the piston skirt of the piston.

Ein oder mehrere Gleitelemente und/oder ein oder mehrere Gleitelementaufnahmen sind vorzugsweise in Umfangsrichtung ringförmig an dem Grundkörper angeordnet. Alternativ oder ergänzend hierzu kann eine streifenförmige Anordnung in axialer Richtung vorgesehen sein. Zudem kann alternativ oder ergänzend hierzu eine punktförmige oder fleckenförmige Anordnung eines oder mehrerer Gleitelemente und/oder eines oder mehrerer Gleitelementaufnahmen vorgesehen sein. One or more sliding elements and / or one or more Gleitelementaufnahmen are preferably arranged in the circumferential direction annularly on the base body. Alternatively or additionally, a strip-shaped arrangement can be provided in the axial direction. In addition, as an alternative or in addition thereto, a punctiform or stained arrangement of one or more sliding elements and / or one or more sliding element receptacles may be provided.

Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Kolben ein oder mehrere unbeweglich mit dem Grundkörper verbundene Kunststoffelemente umfasst. In one embodiment of the invention can be provided that the piston comprises one or more immovably connected to the body plastic elements.

Ein Kunststoffelement ist ein aus einem Kunststoffmaterial gebildetes und/oder ein ein Kunststoffmaterial umfassendes Element. A plastic element is formed from a plastic material and / or a plastic material comprehensive element.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass ein Kunststoffelement ein Insert und/oder ein Gleitelement ist. In particular, it can be provided that a plastic element is an insert and / or a sliding element.

Ein Kunststoffelement weist vorzugsweise einzelne oder mehrere der im Zusammenhang mit einem Insert und/oder einem Gleitelement beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile auf. A plastic element preferably has one or more of the features and / or advantages described in connection with an insert and / or a sliding element.

Günstig kann es sein, wenn ein oder mehrere Kunststoffelemente, Inserts und/oder Gleitelemente gleichmäßig oder ungleichmäßig verteilt an dem Grundkörper, insbesondere einem Kolbenhemd des Grundkörpers, angeordnet sind. It may be favorable if one or more plastic elements, inserts and / or sliding elements are distributed uniformly or non-uniformly on the base body, in particular a piston skirt of the base body.

Der Grundkörper umfasst oder bildet vorzugsweise ein Kolbenhemd des Kolbens und/oder einen Kolbenboden des Kolbens und/oder eine Bolzenaufnahme des Kolbens. The main body preferably comprises or forms a piston skirt of the piston and / or a piston bottom of the piston and / or a bolt receptacle of the piston.

Der Grundkörper ist dabei vorzugsweise einstückig oder mehrteilig, beispielsweise zweiteilig, dreiteilig oder vierteilig, ausgebildet. The main body is preferably formed in one piece or in several parts, for example in two parts, in three parts or in four parts.

Günstig kann es sein, wenn der Grundkörper ein Metallmaterial umfasst oder aus einem Metallmaterial gebildet ist. It may be favorable if the main body comprises a metal material or is formed from a metal material.

Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der Grundkörper ein Kunststoffmaterial umfasst oder aus einem Kunststoffmaterial gebildet ist. However, it can also be provided that the base body comprises a plastic material or is formed from a plastic material.

Ein oder mehrere Kunststoffelemente des Kolbens sind vorzugsweise formschlüssig und/oder stoffschlüssig in oder an einer oder mehreren Kunststoffelementaufnahmen des Grundkörpers angeordnet oder anordenbar. Eine Kunststoffelementaufnahme ist insbesondere eine Insertaufnahme und/oder Gleitelementaufnahme. One or more plastic elements of the piston are preferably arranged and / or arranged in a form-fitting and / or material-locking manner in or on one or more plastic element receptacles of the main body. A plastic element receptacle is in particular an insert receptacle and / or Gleitelementaufnahme.

Beispielsweise ist eine Kunststoffelementaufnahme durch eine Vertiefung, Aussparung und/oder Durchtrittsöffnung gebildet. For example, a plastic element receptacle is formed by a recess, recess and / or passage opening.

Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Kolben eine oder mehrere Vertiefungen, Aussparungen und/oder Durchtrittsöffnungen umfasst, in welcher ein oder mehrere Kunststoffelemente festlegbar oder festgelegt sind. Insbesondere kann dabei eine formschlüssige und/oder stoffschlüssige und/oder unbewegliche Festlegung vorgesehen sein. In one embodiment of the invention can be provided that the piston comprises one or more recesses, recesses and / or passage openings, in which one or more plastic elements can be fixed or fixed. In particular, a form-fitting and / or cohesive and / or immovable attachment can be provided.

Vorteilhaft kann es sein, wenn der Grundkörper eine oder mehrere Nuten aufweist, in welchen ein oder mehrere Kunststoffelemente angeordnet sind. It may be advantageous if the base body has one or more grooves in which one or more plastic elements are arranged.

Eine Nut ist dabei insbesondere eine Vertiefung und/oder Aussparung, beispielsweise eine ringförmige und/oder streifenförmige Vertiefung und/oder Aussparung. A groove is in particular a recess and / or recess, for example, an annular and / or strip-shaped recess and / or recess.

Günstig kann es sein, wenn das eine oder die mehreren Kunststoffelemente in einer radialen Richtung des Kolbens mindestens ungefähr 50 %, vorzugsweise mindestens ungefähr 60 %, in der einen oder den mehreren Nuten vertieft angeordnet sind. It may be favorable if the one or more plastic elements in a radial direction of the piston at least about 50%, preferably at least about 60%, are recessed in the one or more grooves.

Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass das eine oder die mehreren Kunststoffelemente in einer radialen Richtung des Kolbens mindestens ungefähr 20 %, vorzugsweise mindestens ungefähr 30 %, über die eine oder die mehreren Nuten hinausragen. Alternatively or additionally, it may be provided that the one or more plastic elements in a radial direction of the piston at least about 20%, preferably at least about 30%, project beyond the one or more grooves.

Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das eine oder die mehreren Kunststoffelemente derart in einer oder mehreren Nuten des Grundkörpers angeordnet sind, dass das eine oder die mehreren Kunststoffelemente in radialer Richtung ungefähr zwei Drittel in der Nut vertieft angeordnet sind und ein Drittel über die Nut hinausragen. For example, it can be provided that the one or more plastic elements are arranged in one or more grooves of the base body, that the one or more plastic elements are recessed in the radial direction about two thirds deepened in the groove and a third protrude beyond the groove.

Vorzugsweise weisen zwei oder mehr Bauteile des Kolbens, insbesondere der Grundkörper, der Kolbenboden, die Bolzenaufnahme, das Kolbenhemd, ein oder mehrere Kunststoffelemente, ein oder mehrere Gleitelemente und/oder ein oder mehrere Inserts, zumindest näherungsweise dieselbe Wärmedehnung auf. Beispielsweise kann eine Abweichung der jeweiligen Wärmeausdehnungskoeffizienten von höchstens ungefähr 50 %, beispielsweise höchstens ungefähr 30 %, vorzugsweise höchstens ungefähr 10 %, vorgesehen sein. Preferably, two or more components of the piston, in particular the base body, the piston head, the bolt receiver, the piston skirt, one or more plastic elements, one or more sliding elements and / or one or more inserts, at least approximately the same thermal expansion. For example, a deviation of the respective thermal expansion coefficients of at most approximately 50%, for example at most approximately 30%, preferably at most approximately 10%, may be provided.

Insbesondere ein Kunststoffmaterial ist dabei vorzugsweise so gewählt, dass dessen Wärmausdehnungskoeffizient mit einer Abweichung von höchstens ungefähr 50 %, beispielsweise höchstens ungefähr 30 %, vorzugsweise höchstens ungefähr 10 %, dem Wärmeausdehnungskoeffizienten eines verwendeten Metallmaterials, beispielsweise Aluminiumguss oder Grauguss, entspricht. In particular, a plastic material is preferably chosen so that its coefficient of thermal expansion with a deviation of at most about 50%, for example at most about 30%, preferably at most about 10%, the thermal expansion coefficient of a metal material used, for example cast aluminum or gray cast iron corresponds.

Der erfindungsgemäße Kolben ist vorzugsweise in einer Kolbenvorrichtung verwendbar. The piston according to the invention is preferably usable in a piston device.

Die vorliegende Erfindung betrifft daher auch eine Kolbenvorrichtung, welche einerseits einen oder mehrere Zylinder zur Aufnahme eines oder mehrerer Kolben und andererseits einen oder mehrere erfindungsgemäße Kolben umfasst. The present invention therefore also relates to a piston device which comprises, on the one hand, one or more cylinders for receiving one or more pistons and, on the other hand, one or more pistons according to the invention.

Die Kolbenvorrichtung ist beispielsweise eine Motorvorrichtung zur Umwandlung von Druckkräften in Bewegungsenergie. The piston device is, for example, a motor device for converting compressive forces into kinetic energy.

Ferner kann vorgesehen sein, dass die Kolbenvorrichtung eine Kompressorvorrichtung zur Erzeugung von komprimierten Gasen unter Verwendung von mechanischer Energie ist. Furthermore, it can be provided that the piston device is a compressor device for generating compressed gases using mechanical energy.

Die Zylinder der Kolbenvorrichtung sind vorzugsweise Kreiszylinder, insbesondere Hohlzylinder. The cylinders of the piston device are preferably circular cylinders, in particular hollow cylinders.

Ein Kolben weist vorzugsweise eine im Wesentlichen zylindrische Form, insbesondere kreiszylindrische Form, auf. A piston preferably has a substantially cylindrical shape, in particular a circular cylindrical shape.

Der Kolben ist vorzugsweise ein Tauchkolben. The piston is preferably a plunger.

Ein Kolbenhemd des Kolbens, welches insbesondere durch den Grundkörper gebildet ist, weist vorzugsweise eine im Wesentlichen (hohl-)kreiszylindrische Form auf. A piston skirt of the piston, which is formed in particular by the main body, preferably has a substantially (hollow) circular cylindrical shape.

Ein Kolbenboden weist vorzugsweise die Form einer Kreisscheibe auf. A piston bottom preferably has the shape of a circular disk.

Mittels eines in der Bolzenaufnahme aufgenommenen Bolzens ist der Kolben mit einer Pleuelstange verbindbar. Mittels der Pleuelstange ist der Kolben vorzugsweise an eine Kurbelwelle gekoppelt. Auf diese Weise kann eine Drehbewegung der Kurbelwelle zur Erzeugung einer linearen Bewegung des Kolbens genutzt werden. By means of a bolt received in the bolt receptacle, the piston can be connected to a connecting rod. By means of the connecting rod, the piston is preferably coupled to a crankshaft. In this way, a rotational movement of the crankshaft can be used to produce a linear movement of the piston.

Ferner kann eine lineare Bewegung des Kolbens vorzugsweise zur Erzeugung einer Drehbewegung der Kurbelwelle genutzt werden. Furthermore, a linear movement of the piston can preferably be used to generate a rotational movement of the crankshaft.

Die Pleuelstange ist vorzugsweise drehbar an dem Kolbenbolzen gelagert. The connecting rod is preferably rotatably mounted on the piston pin.

Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass der Kolbenbolzen drehbar an der Bolzenaufnahme gelagert ist. Alternatively or additionally, it can be provided that the piston pin is rotatably mounted on the bolt receptacle.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbens. The present invention further relates to a method of manufacturing a piston.

Der vorliegenden Erfindung liegt diesbezüglich die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, mittels welchem ein stabil ausgebildeter und zuverlässig einsetzbarer Kolben einfach und kostengünstig herstellbar ist. The present invention is in this respect the task of providing a method by which a stably trained and reliable usable piston is simple and inexpensive to produce.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbens gelöst, wobei der Kolben einen Grundkörper umfasst, der einen Kolbenboden des Kolbens kraftwirksam mit einer Bolzenaufnahme des Kolbens verbindet. This object is achieved by a method for producing a piston, wherein the piston comprises a base body, which connects a piston head of the piston force-effectively with a bolt receptacle of the piston.

Erfindungsgemäß kann dabei beispielsweise vorgesehen sein, dass der Grundkörper des Kolbens aus einem Kunststoffmaterial hergestellt wird. According to the invention, it can be provided, for example, that the main body of the piston is made of a plastic material.

Der Grundkörper kann dabei beispielsweise in einem Spritzgussverfahren hergestellt werden. The main body can be produced, for example, in an injection molding process.

Vorzugsweise ist eine werkzeugfallende Herstellung des Grundkörpers vorgesehen. Bei einer werkzeugfallenden Herstellung ist insbesondere vorgesehen, dass der Grundkörper nach einer Entnahme desselben aus einem Formwerkzeug zur Herstellung desselben nicht weiter bearbeitet werden muss. Preferably, a tool-related production of the base body is provided. In a tool-related production is particularly provided that the basic body after removal of the same from a mold for the production of the same need not be further processed.

Günstig kann es sein, wenn ein oder mehrere Inserts des Kolbens bei der Herstellung des Grundkörpers mit Material des Grundkörpers umspritzt werden. It may be favorable if one or more inserts of the piston are encapsulated in the production of the base body with material of the base body.

Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass ein oder mehrere Inserts nach der Herstellung des Grundkörpers an dem Grundkörper angeordnet, insbesondere an den Grundkörper angespritzt, werden. Alternatively or additionally, it can be provided that one or more inserts are arranged on the base body after production of the base body, in particular molded onto the base body.

Bei einem weiteren Verfahren kann vorgesehen sein, dass der Grundkörper des Kolbens hergestellt wird und dass dann ein oder mehrere Kunststoffelemente an dem Grundkörper angeordnet werden, so dass diese unbeweglich an dem Grundkörper festgelegt sind. In another method, it can be provided that the main body of the piston is produced and that then one or more plastic elements are arranged on the base body, so that they are immovably fixed to the base body.

Der Grundkörper wird dabei beispielsweise in einem Metallgussverfahren hergestellt. The main body is produced, for example, in a metal casting process.

Ein oder mehrere Kunststoffelemente des Kolbens werden vorzugsweise an den Grundkörper angespritzt, insbesondere in einem Spritzgussverfahren. One or more plastic elements of the piston are preferably injection-molded onto the base body, in particular in an injection molding process.

Günstig kann es sein, wenn ein oder mehrere Kunststoffelemente aus einem Innenraum des Kolbens heraus durch eine oder mehrere Durchtrittsöffnungen hindurch an dem Grundkörper angeordnet, insbesondere an den Grundkörper angespritzt, werden. It may be favorable if one or more plastic elements are arranged out of an interior space of the piston through one or more through openings on the base body, in particular molded onto the base body.

Eine dem Innenraum des Kolbens abgewandte Außenseite des Kolbens ist dabei vorzugsweise mittels eines Spalts beabstandet von einem Zylinder angeordnet. An outer side of the piston facing away from the interior of the piston is preferably arranged at a distance from a cylinder by means of a gap.

Kunststoffmaterial zur Herstellung des einen oder der mehreren Kunststoffelemente kann dabei vorzugsweise teilweise in den Spalt eindringen und aushärten. Durch eine exakte Einstellung des Spalts können das eine oder die mehreren Kunststoffelemente hierdurch mit hoher Genauigkeit hergestellt werden. Plastic material for producing the one or more plastic elements may preferably partially penetrate into the gap and harden. By an exact adjustment of the gap, the one or more plastic elements can be produced thereby with high accuracy.

Als Material des einen oder der mehreren Kunststoffelemente wird vorzugsweise ein Material gewählt, welches einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der um höchstens ungefähr 50 %, insbesondere höchstens ungefähr 30 %, beispielsweise höchstens ungefähr 10 %, von einem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Grundkörpers abweicht. As the material of the one or more plastic elements, a material is preferably selected which has a coefficient of thermal expansion which deviates from a thermal expansion coefficient of the main body by at most approximately 50%, in particular at most approximately 30%, for example at most approximately 10%.

Ferner können der erfindungsgemäße Kolben, die erfindungsgemäße Kolbenvorrichtung und/oder das erfindungsgemäße Verfahren einzelne oder mehrere der nachfolgend beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile aufweisen:
Günstig kann es sein, wenn der Kolben eine gegenüber Aluminiumkolben oder Stahlkolben reduzierte Masse aufweist. Furthermore, the piston according to the invention, the piston device according to the invention and / or the method according to the invention can have one or more of the features and / or advantages described below:
It may be favorable if the piston has a reduced mass compared to aluminum pistons or steel pistons.

Ein Grundkörper des Kolbens umfasst vorzugsweise eine Bolzenaufnahme. Ein zusätzliches Lager (Kolbenbolzenlager) ist vorzugsweise entbehrlich.A main body of the piston preferably comprises a bolt receptacle. An additional bearing (piston pin bearing) is preferably dispensable.

Der Kolben ist vorzugsweise dauertemperaturfest. Eine PTFE-Gleitschicht ist vorzugsweise entbehrlich und kann sich somit im Betrieb der Kolbenvorrichtung auch nicht von dem Kolben ablösen. The piston is preferably permanent temperature resistant. A PTFE sliding layer is preferably dispensable and thus can not detach from the piston during operation of the piston device.

Der Kolben ist vorzugsweise ohne großen Montageaufwand wirtschaftlich herstellbar. The piston is preferably produced economically without great installation effort.

Im Vergleich zu einem vollständig aus einem Metallmaterial gebildeten Kolben ergibt sich im Betrieb der Kolbenvorrichtung vorzugsweise eine geringere Geräuschentwicklung, wenn ein erfindungsgemäßer Kolben verwendet wird. Compared to a piston formed entirely from a metal material, the operation of the piston device preferably results in lower noise development when a piston according to the invention is used.

Der Kolben ist vorzugsweise mit einem Druck im Bereich des Kolbenbodens von mindestens ungefähr 10 bar, vorzugsweise mindestens ungefähr 20 bar, beispielsweise mindestens ungefähr 30 bar, betreibbar. Vorzugsweise ist der Kolben in einem Temperaturbereich betreibbar, welcher sich mindestens zwischen –40 °C und 150 °C erstreckt. The piston is preferably operable at a pressure in the region of the piston crown of at least about 10 bar, preferably at least about 20 bar, for example at least about 30 bar. Preferably, the piston is operable in a temperature range extending at least between -40 ° C and 150 ° C.

Punktförmige oder fleckenförmige Inserts, Kunststoffelemente und/oder Gleitelemente können beispielsweise als Noppen oder Nieten ausgebildet sein. Point-shaped or stain-shaped inserts, plastic elements and / or sliding elements may be formed, for example, as knobs or rivets.

Ein Füllstoffanteil eines Kunststoffmaterials beträgt vorzugsweise zwischen ungefähr 30 % und ungefähr 50 %. A filler content of a plastic material is preferably between about 30% and about 50%.

Günstig kann es sein, wenn der gesamte Kolben samt Kolbenboden, Grundkörper, Bolzenaufnahme und Kolbenhemd einstückig ausgebildet ist. Als Material für einen solchen Kolben ist dann insbesondere ein tribologisch modifiziertes Polyetheretherketon-Compound-Kunststoffmaterial vorgesehen. It may be beneficial if the entire piston together with the piston head, base body, bolt receptacle and piston skirt is integrally formed. As a material for such a piston is then provided in particular a tribologically modified polyetheretherketone compound plastic material.

Ein oder mehrere Kunststoffelemente bilden vorzugsweise ein oder mehrere Führungsleisten, Führungsringe und/oder Führungspunkte, welche insbesondere symmetrisch oder asymmetrisch ausgebildet und/oder gleichmäßig oder ungleichmäßig verteilt an dem Grundkörper angeordnet sein können. One or more plastic elements preferably form one or more guide rails, guide rings and / or guide points, which in particular may be symmetrical or asymmetrical and / or evenly or unevenly distributed on the base body.

Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass ein oder mehrere Kunststoffelemente ungleichmäßig verteilt und/oder asymmetrisch ausgebildet sind, insbesondere derart, dass an Stellen mit höheren Querkräften im Betrieb des Kolbens eine größere Anlagefläche (Gleitfläche) zur Anlage des Kolbens an dem Zylinder vorgesehen ist als an Stellen mit geringeren Querkräften. For example, it may be provided that one or more plastic elements are distributed unevenly and / or asymmetrically, in particular such that at locations with higher transverse forces during operation of the piston, a larger contact surface (sliding surface) is provided for abutment of the piston on the cylinder than at points with lower shear forces.

Eine größere Anlagefläche (Gleitfläche) kann dabei insbesondere durch eine größere Anzahl oder größer dimensionierte Führungsleisten, Führungsringe und/oder Führungspunkte realisiert sein. A larger contact surface (sliding surface) can in particular by a larger number or be realized larger sized guide rails, guide rings and / or guide points.

Weitere bevorzugte Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.Further preferred features and / or advantages of the invention are the subject of the following description and the drawings of exemplary embodiments.

In den Zeichnungen zeigen:In the drawings show:

1 eine schematische perspektivische Darstellung einer Kolbenvorrichtung, welche eine erste Ausführungsform eines in einem Zylinder bewegbaren Kolbens umfasst; 1 a schematic perspective view of a piston device, which comprises a first embodiment of a piston movable in a cylinder;

2 eine schematische Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform eines Kolbens, bei welcher ein Grundkörper des Kolbens mit linearen Gleitschienen versehen ist; 2 a schematic side view of a second embodiment of a piston, in which a main body of the piston is provided with linear slide rails;

3 einen schematischen Querschnitt durch den Kolben aus 2 längs der Linie 3-3 in 2; 3 a schematic cross section through the piston 2 along the line 3-3 in 2 ;

4 eine der 2 entsprechende schematische Seitenansicht einer dritten Ausführungsform eines Kolbens, bei welcher ein Grundkörper mit zwei ringförmigen Gleitelementen versehen ist; 4 one of the 2 corresponding schematic side view of a third embodiment of a piston, in which a base body is provided with two annular sliding elements;

5 einen schematischen Querschnitt durch den Kolben aus 4 längs der Linie 5-5 in 4; 5 a schematic cross section through the piston 4 along the line 5-5 in 4 ;

6 eine der 2 entsprechende schematische Seitenansicht einer vierten Ausführungsform eines Kolbens, bei welcher ein Grundkörper mit Gleitpunkten versehen ist; 6 one of the 2 corresponding schematic side view of a fourth embodiment of a piston, in which a base body is provided with sliding points;

7 einen schematischen Querschnitt durch den Kolben aus 6 längs der Linie 7-7 in 6; 7 a schematic cross section through the piston 6 along the line 7-7 in 6 ;

8 einen schematischen Längsschnitt durch eine fünfte Ausführungsform eines Kolbens, bei welcher ein Kunststoff-Grundkörper und ein einen Kolbenboden bildendes metallisches Insert vorgesehen sind; 8th a schematic longitudinal section through a fifth embodiment of a piston, in which a plastic base body and a piston bottom forming metallic insert are provided;

9 einen der 8 entsprechenden schematischen Längsschnitt durch eine sechste Ausführungsform eines Kolbens, bei welcher ein Kunststoff-Grundkörper und als Gleitlager für eine Bolzenaufnahme dienende Inserts vorgesehen sind; und 9 one of the 8th corresponding schematic longitudinal section through a sixth embodiment of a piston, in which a plastic base body and serving as a sliding bearing for a bolt receiving inserts are provided; and

10 einen der 8 entsprechenden schematischen Längsschnitt durch eine siebte Ausführungsform eines Kolbens, bei welcher ein Kunststoff-Grundkörper und ein Kunststoff-Kolbenboden vorgesehen sind, wobei der Grundkörper und der Kolbenboden aus voneinander verschiedenen Kunststoffmaterialien gebildet sind. 10 one of the 8th corresponding schematic longitudinal section through a seventh embodiment of a piston, in which a plastic base body and a plastic piston crown are provided, wherein the base body and the piston crown are formed from mutually different plastic materials.

Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Identical or functionally equivalent elements are provided with the same reference numerals in all figures.

Eine in 1 dargestellte erste Ausführungsform eines Kolbens 100 ist beispielsweise Bestandteil einer Kolbenvorrichtung 102, insbesondere einer Kompressorvorrichtung 104 zur Erzeugung von unter Druck stehenden Gasen. An in 1 illustrated first embodiment of a piston 100 is for example part of a piston device 102 , in particular a compressor device 104 for generating pressurized gases.

Die Kolbenvorrichtung 102 umfasst neben dem Kolben 100 einen Zylinder 106, in welchem der Kolben 100 längs einer axialen Richtung 108 des Kolbens 100 verschieblich gelagert ist. The piston device 102 includes next to the piston 100 a cylinder 106 in which the piston 100 along an axial direction 108 of the piston 100 is slidably mounted.

Der Kolben 100 ist mittels eines Kolbenbolzens 110 an einer Pleuelstange 112 angeordnet. The piston 100 is by means of a piston pin 110 on a connecting rod 112 arranged.

Die Pleuelstange 112 ist an einer Kurbelwelle 114 gelagert. The connecting rod 112 is on a crankshaft 114 stored.

Mittels des Kolbenbolzens 110 und der Pleuelstange 112 ist somit eine Verbindung zwischen dem Kolben 100 und der Kurbelwelle 114 hergestellt. By means of the piston pin 110 and the connecting rod 112 is thus a connection between the piston 100 and the crankshaft 114 produced.

Insbesondere ist dabei eine Verbindung derart vorgesehen, dass der Kolben 100 längs der axialen Richtung 108 linear beweglich ist, um die Kurbelwelle 114 rotierend anzutreiben. Alternativ hierzu, wie insbesondere bei einer Kompressorvorrichtung 104 vorgesehen, kann durch eine Rotation der Kurbelwelle 114 eine lineare Bewegung des Kolbens 100 erzielt werden. In particular, a connection is provided such that the piston 100 along the axial direction 108 is linearly movable to the crankshaft 114 to drive in rotation. Alternatively, as in particular in a compressor device 104 provided by a rotation of the crankshaft 114 a linear movement of the piston 100 be achieved.

Der Kolben 100 umfasst einen Grundkörper 116, beispielsweise einen einstückigen Grundkörper 116, welcher den gesamten Kolben 100 bildet. The piston 100 includes a main body 116 , For example, a one-piece body 116 which the entire piston 100 forms.

Der Grundkörper 116 kann beispielsweise ein Metallgussbauteil oder ein Kunststoff-Spritzgussbauteil sein. The main body 116 may be, for example, a metal casting component or a plastic injection-molded component.

Der Kolben 100 umfasst einen Kolbenboden 118, welcher im Betrieb der Kolbenvorrichtung 102 einem Druckraum 120 der Kolbenvorrichtung 102 zugewandt angeordnet ist und mit unter Druck gesetzten oder unter Druck zu setzenden Betriebsgasen in direkten Kontakt kommt. The piston 100 includes a piston crown 118 which is in operation of the piston device 102 a pressure room 120 the piston device 102 is arranged facing and comes into direct contact with pressurized or pressurized operating gases.

Ferner umfasst der Kolben 100 ein Kolbenhemd 122, welches den Kolbenboden 118 bei der Bewegung des Kolbens 100 innerhalb des Zylinders 106 abstützt und stabilisiert. Furthermore, the piston comprises 100 a piston shirt 122 , which the piston bottom 118 during the movement of the piston 100 inside the cylinder 106 supports and stabilizes.

Das Kolbenhemd 122 ist insbesondere als ein Hohlzylinder ausgebildet, an welchen sich der im Wesentlichen kreisscheibenförmige Kolbenboden 118 anschließt. The piston shirt 122 is in particular formed as a hollow cylinder, to which the essentially circular-shaped piston crown 118 followed.

Der Kolben 100 umfasst ferner eine Bolzenaufnahme 124 zur Aufnahme des Kolbenbolzens 110 und somit zur Verbindung mit der Pleuelstange 112. The piston 100 further includes a bolt receptacle 124 for receiving the piston pin 110 and thus for connection to the connecting rod 112 ,

Im Betrieb der Kolbenvorrichtung 102 ist ein geringer Spalt zwischen dem Kolben 100 und einer Zylinderwand 126 des Zylinders 106 nicht zu vermeiden. Zur Abdichtung des Druckraums 120 in Richtung der Kurbelwelle 114 ist somit eine Dichtung erforderlich. During operation of the piston device 102 is a small gap between the piston 100 and a cylinder wall 126 of the cylinder 106 can not be avoided. For sealing the pressure chamber 120 in the direction of the crankshaft 114 Thus, a seal is required.

Diese Dichtung kann beispielsweise durch einen (nicht dargestellten) Kolbenring ermöglicht werden. Ein solcher Kolbenring ist insbesondere ein Bauteil, welches in einer Kolbenringnut 128 des Kolbens 100 angeordnet ist. Der Kolbenring ist dabei insbesondere beweglich in der Kolbenringnut 128 aufgenommen. This seal can be made possible, for example, by a piston ring (not shown). Such a piston ring is in particular a component which is in a piston ring groove 128 of the piston 100 is arranged. The piston ring is in particular movable in the piston ring groove 128 added.

Eine in den 2 und 3 dargestellte zweite Ausführungsform eines Kolbens 100 unterscheidet sich von der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass der Grundkörper 116 mehrere, beispielsweise acht, Inserts 130 umfasst. One in the 2 and 3 illustrated second embodiment of a piston 100 is different from the one in 1 illustrated first embodiment essentially in that the main body 116 several, for example eight, inserts 130 includes.

Die Inserts 130 sind dabei beispielsweise als Gleitelemente 132 ausgebildet und dienen der optimalen Führung des Kolbens 100 an der Zylinderwand 126 des Zylinders 106.The inserts 130 are for example as sliding elements 132 trained and serve the optimal guidance of the piston 100 on the cylinder wall 126 of the cylinder 106 ,

Die Inserts 130 sind dabei parallel zur axialen Richtung 108 ausgerichtet und bilden Gleitschienen 134 oder Führungsstege 136 des Kolbens 100.The inserts 130 are parallel to the axial direction 108 aligned and form slide rails 134 or guide bars 136 of the piston 100 ,

Die Inserts 130 sind dabei insbesondere unbeweglich an dem Grundkörper 116 festgelegt. The inserts 130 are in particular immovable to the body 116 established.

Der Grundkörper 116 umfasst hierzu mehrere, beispielsweise acht, Vertiefungen 138 oder Aussparungen 140, welche jeweils einen Hinterschnitt 142 aufweisen, so dass die Inserts 130 in senkrecht zur axialen Richtung 108 ausgerichteten radialen Richtungen 144 nach außen hin formschlüssig an dem Grundkörper 116 festgelegt sind. The main body 116 includes several, for example eight, depressions 138 or recesses 140 , which each have an undercut 142 have, so the inserts 130 in perpendicular to the axial direction 108 aligned radial directions 144 outwardly form-fitting to the body 116 are fixed.

Die Inserts 130 sind dabei insbesondere in einer Kolbenwandung 146 des Kolbenhemds 122 des Kolbens 100 angeordnet und erstrecken sich über vorzugsweise mindestens ungefähr 90 % einer Gesamthöhe des Kolbenhemds 122. The inserts 130 are in particular in a piston wall 146 of the piston skirt 122 of the piston 100 are arranged and extend over preferably at least about 90% of a total height of the piston skirt 122 ,

Die Vertiefungen 138 oder Aussparungen 140 bilden bei der in 2 dargestellten zweiten Ausführungsform Gleitelementaufnahmen 148 zur Aufnahme der als Gleitelemente 132 ausgebildeten Inserts 130. The wells 138 or recesses 140 form at the in 2 illustrated second embodiment Gleitelementaufnahmen 148 for receiving the as sliding elements 132 trained inserts 130 ,

Wie insbesondere 3 zu entnehmen ist, sind die Inserts 130 vertieft in der Kolbenwandung 146 des Kolbenhemds 122 des Kolbens 100 angeordnet, so dass vorzugsweise lediglich ein geringer Teil des jeweiligen Inserts 130, beispielsweise ungefähr 20 % bis ungefähr 30 %, über die Kolbenwandung 146 hervorsteht. In particular 3 it can be seen, are the inserts 130 recessed in the piston wall 146 of the piston skirt 122 of the piston 100 arranged, so that preferably only a small part of the respective insert 130 For example, about 20% to about 30%, about the piston wall 146 protrudes.

Zwei einander gegenüberliegend angeordnete Inserts 130 sind im Bereich der Bolzenaufnahme 124 unterbrochen ausgebildet. Two inserts arranged opposite each other 130 are in the area of the bolt receptacle 124 interrupted trained.

Die in den 2 und 3 dargestellte zweite Ausführungsform des Kolbens 100 ist beispielsweise dadurch herstellbar, dass zunächst der Grundkörper 116, welcher insbesondere den Kolbenboden 118 und das Kolbenhemd 122 umfasst, in einem Kunststoff-Spritzgussverfahren oder in einem Metallgussverfahren hergestellt wird. Die Vertiefungen 138 oder Aussparungen 140 werden dabei insbesondere bereits während des Gießprozesses gebildet oder nachträglich eingebracht, beispielsweise eingefräst. The in the 2 and 3 illustrated second embodiment of the piston 100 For example, it can be produced by first of all the basic body 116 , which in particular the piston crown 118 and the piston shirt 122 is produced in a plastic injection molding process or in a metal casting process. The wells 138 or recesses 140 are in particular already formed during the casting process or subsequently introduced, for example milled.

Die Inserts 130 werden vorzugsweise in die Vertiefungen 138 oder Aussparungen 140 hineingespritzt, insbesondere in einem Kunststoff-Spritzgussverfahren. The inserts 130 are preferably in the wells 138 or recesses 140 injected, especially in a plastic injection molding process.

Das Material des Grundkörpers 116 und das Material der Inserts 130 wird dabei vorzugsweise so gewählt, dass die Wärmeausdehnungskoeffizienten des Grundkörpers 116 und der Inserts 130 zumindest näherungsweise identisch sind, insbesondere eine Abweichung von höchstens ungefähr 50 % aufweisen. The material of the basic body 116 and the material of the inserts 130 is preferably chosen so that the thermal expansion coefficient of the body 116 and the inserts 130 are at least approximately identical, in particular have a maximum deviation of about 50%.

Im Übrigen stimmt die in den 2 und 3 dargestellte zweite Ausführungsform eines Kolbens 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird. Incidentally, the right in the 2 and 3 illustrated second embodiment of a piston 100 in terms of structure and function with the in 1 illustrated first embodiment, so that reference is made to the above description in this respect.

Eine in den 4 und 5 dargestellte dritte Ausführungsform eines Kolbens 100 unterscheidet sich von der in den 2 und 3 dargestellten zweiten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass die Inserts 130 ringförmig ausgebildet und in entsprechend ringförmigen Vertiefungen 138 oder Aussparungen 140 an dem Grundkörper 116 angeordnet sind. One in the 4 and 5 illustrated third embodiment of a piston 100 is different from the one in the 2 and 3 illustrated second embodiment essentially in that the inserts 130 ring-shaped and in corresponding annular recesses 138 or recesses 140 on the body 116 are arranged.

Die Inserts 130, beispielsweise zwei solcher Inserts 130, sind somit als Gleitringe 150 oder Führungsringe 152 ausgebildet. The inserts 130 For example, two such inserts 130 , are thus as slip rings 150 or guide rings 152 educated.

Im Übrigen stimmt die in den 4 und 5 dargestellte dritte Ausführungsform eines Kolbens 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in den 2 und 3 dargestellten zweiten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird. Incidentally, the right in the 4 and 5 illustrated third embodiment of a piston 100 in terms of structure and function with in the 2 and 3 illustrated second Embodiment match, so that reference is made to the above description in this regard.

Eine in den 6 und 7 dargestellte vierte Ausführungsform eines Kolbens 100 unterscheidet sich von der in den 2 und 3 dargestellten zweiten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass die Inserts 130 als Gleitpunkte 154 oder Führungsstützpunkte 156 ausgebildet sind. One in the 6 and 7 illustrated fourth embodiment of a piston 100 is different from the one in the 2 and 3 illustrated second embodiment essentially in that the inserts 130 as floating points 154 or leadership bases 156 are formed.

Die Inserts 130 sind dabei im Wesentlichen gleichmäßig an dem Grundkörper 116 verteilt angeordnet. The inserts 130 are essentially uniformly on the body 116 arranged distributed.

Zur Festlegung der Inserts 130 sind anstelle von Vertiefungen 138 oder Aussparungen 140 Durchtrittsöffnungen 158 in der Kolbenwandung 146 des Kolbenhemds 122 vorgesehen. Defining the inserts 130 are instead of depressions 138 or recesses 140 Through openings 158 in the piston wall 146 of the piston skirt 122 intended.

Die Inserts 130 erstrecken sich dabei ausgehend von einem Innenraum 160 des Kolbenhemds 122 durch die Durchtrittsöffnungen 158 hindurch bis zu einer Außenseite 162 des Kolbenhemds 122. The inserts 130 extend from an interior 160 of the piston skirt 122 through the passages 158 through to an outside 162 of the piston skirt 122 ,

Die Inserts 130 weisen dabei vorzugsweise einen im Wesentlichen I-förmigen Querschnitt auf und sind somit formschlüssig in den Durchtrittsöffnungen 158 festgelegt. The inserts 130 In this case, they preferably have a substantially I-shaped cross-section and are thus form-fitting in the passage openings 158 established.

Die Inserts 130 können dabei insbesondere dadurch einfach und hochgenau hergestellt werden, dass ein Material, insbesondere ein Kunststoffmaterial, der Inserts 130 aus dem Innenraum 160 in radialer Richtung 144 nach außen durch die Durchtrittsöffnungen 158 gedrückt wird. The inserts 130 In this way, a material, in particular a plastic material, of the inserts can be manufactured in a simple and highly accurate manner 130 from the interior 160 in the radial direction 144 out through the passages 158 is pressed.

Die Außenseite 162 des Kolbenhemds 122 ist dabei vorzugsweise mit einer zylindrischen Form umgeben, wobei zwischen dem Kolbenhemd 122 und der zylindrischen Form ein geringer Spalt gebildet ist. The outside 162 of the piston skirt 122 is preferably surrounded by a cylindrical shape, wherein between the piston skirt 122 and the cylindrical shape is formed a small gap.

Innerhalb dieses Spalts kann sich das durch die Durchtrittsöffnungen 158 hindurchgepresste Material der Inserts 130 ausbreiten, um letztlich die gewünschte Form der Inserts 130, insbesondere der Gleitpunkte 154 oder Führungsstützpunkte 156, herzustellen. Within this gap, this can through the passages 158 pressed material of the inserts 130 spread to ultimately the desired shape of the inserts 130 , in particular the sliding points 154 or leadership bases 156 to manufacture.

Im Übrigen stimmt die in den 6 und 7 dargestellte vierte Ausführungsform eines Kolbens 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in den 2 und 3 dargestellten zweiten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird. Incidentally, the right in the 6 and 7 illustrated fourth embodiment of a piston 100 in terms of structure and function with in the 2 and 3 illustrated second embodiment, so that reference is made to the above description in this respect.

Eine in 8 dargestellte fünfte Ausführungsform eines Kolbens 100 unterscheidet sich von der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass der Kolben 100 zweiteilig ausgebildet ist. An in 8th illustrated fifth embodiment of a piston 100 is different from the one in 1 illustrated first embodiment essentially in that the piston 100 is formed in two parts.

Dabei ist ein beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial gebildeter Grundkörper 116 mit einem den Kolbenboden 118 bildenden Insert 130 versehen. Here is an educated example of a plastic material body 116 with a the piston bottom 118 forming insert 130 Mistake.

Das den Kolbenboden 118 bildende Insert 130 ist beispielsweise aus einem metallischen Material gebildet und mittels einer Nut-Feder-Verbindung mit dem Kunststoff-Grundkörper 116 verbunden.That the piston bottom 118 forming insert 130 is formed for example of a metallic material and by means of a tongue and groove connection with the plastic base body 116 connected.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Grundkörper 116 formschlüssig in einem Spritzgussverfahren an das Insert 130, welches den Kolbenboden 118 bildet, angespritzt ist. In particular, it can be provided that the basic body 116 positive fit in an injection molding process to the insert 130 , which the piston bottom 118 forms, is injected.

Der Grundkörper 116 umfasst bei der in 8 dargestellten fünften Ausführungsform des Kolbens 100 somit lediglich die Bolzenaufnahme 124 und das Kolbenhemd 122. The main body 116 includes at the in 8th illustrated fifth embodiment of the piston 100 thus only the bolt holder 124 and the piston shirt 122 ,

Das den Kolbenboden 118 bildende Insert 130 umfasst ferner noch die Kolbenringnut 128. That the piston bottom 118 forming insert 130 further includes the piston ring groove 128 ,

Dadurch, dass das vorzugsweise metallische Insert 130 den Kolbenboden 118 bildet, kann der Kolben 100 für Hochtemperaturanwendungen und/oder Hochdruckanwendungen genutzt werden, ohne eine Beschädigung des Kunststoff-Grundkörpers 116 zu riskieren. Characterized in that the preferably metallic insert 130 the piston bottom 118 forms, the piston can 100 be used for high temperature applications and / or high pressure applications, without damaging the plastic body 116 to risk.

Im Übrigen stimmt die in 8 dargestellte fünfte Ausführungsform des Kolbens 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird. Incidentally, the in 8th illustrated fifth embodiment of the piston 100 in terms of structure and function with the in 1 illustrated first embodiment, so that reference is made to the above description in this respect.

Hinsichtlich der Materialwahl des Grundkörpers 116 und des Inserts 130 wird zudem auf die entsprechenden Ausführungen betreffend die zweite bis vierte Ausführungsform Bezug genommen. With regard to the choice of material of the basic body 116 and the insert 130 In addition, reference is made to the corresponding statements concerning the second to fourth embodiments.

Eine in 9 dargestellte sechste Ausführungsform eines Kolbens 100 unterscheidet sich von der in 8 dargestellten fünften Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass der Grundkörper 116 das Kolbenhemd 122, den Kolbenboden 118 und die Kolbenringnut 128 umfasst. Zudem umfasst der Grundkörper 116 auch die Bolzenaufnahme 124. An in 9 illustrated sixth embodiment of a piston 100 is different from the one in 8th illustrated fifth embodiment essentially in that the main body 116 the piston shirt 122 , the piston crown 118 and the piston ring groove 128 includes. In addition, the basic body includes 116 also the bolt holder 124 ,

Allerdings sind zwei Inserts 130 vorgesehen, welche als Gleitlager 164 in der Bolzenaufnahme 124 dienen. However, there are two inserts 130 provided, which as plain bearings 164 in the bolt receptacle 124 serve.

Die Gleitlager 164 können dabei insbesondere nach der Herstellung des Grundkörpers 116 an demselben angeordnet oder in denselben eingebracht werden. The plain bearings 164 can in particular after the production of the body 116 be placed on the same or introduced into the same.

Ferner kann vorgesehen sein, dass die Gleitlager 164 Inserts 130 sind, welche bei der Herstellung des Grundkörpers 116 mit dem Material des Grundkörpers 116 umspritzt werden. Furthermore, it can be provided that the plain bearings 164 inserts 130 are, which in the production of the basic body 116 with the material of the main body 116 to be overmoulded.

Durch die Verwendung von Gleitlagern 164, welche insbesondere aus Metall und/oder aus einem Gleitlagerwerkstoff hergestellt sind, kann die Festigkeit und/oder Langzeitbeständigkeit des Kolbens 100 im Bereich der Bolzenaufnahme 124 optimiert werden. Through the use of plain bearings 164 , which are made in particular of metal and / or of a sliding bearing material, the strength and / or long-term stability of the piston 100 in the area of the bolt receptacle 124 be optimized.

Im Übrigen stimmt die in 9 dargestellte sechste Ausführungsform eines Kolbens 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in 8 dargestellten fünften Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird. Incidentally, the in 9 illustrated sixth embodiment of a piston 100 in terms of structure and function with the in 8th illustrated fifth embodiment, so that reference is made to the above description thereof in this regard.

Eine in 10 dargestellte siebte Ausführungsform eines Kolbens 100 unterscheidet sich von der in 8 dargestellten fünften Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass sowohl der Kolbenboden 118 als auch der Grundkörper 116 aus einem Kunststoffmaterial gebildet sind. An in 10 illustrated seventh embodiment of a piston 100 is different from the one in 8th illustrated fifth embodiment essentially in that both the piston crown 118 as well as the basic body 116 are formed of a plastic material.

Hierbei sind jedoch vorzugsweise voneinander verschiedene Kunststoffmaterialien vorgesehen.In this case, however, different plastic materials are preferably provided from each other.

Als Material für den Grundkörper 116 ist insbesondere ein tribologisch modifiziertes Kunststoffmaterial vorgesehen, welches eine zuverlässige und verschleißarme Führung des Kolbens 100 in dem Zylinder 106 gewährleistet. As material for the basic body 116 In particular, a tribologically modified plastic material is provided, which provides a reliable and low-wear guidance of the piston 100 in the cylinder 106 guaranteed.

Der Kolbenboden 118, welcher insbesondere als Insert 130 ausgebildet und formschlüssig und/oder stoffschlüssig mit dem Grundkörper 116 verbunden ist, ist vorzugsweise aus einem hochfesten und hochtemperaturbeständigen Kunststoffmaterial gebildet. The piston bottom 118 , which in particular as an insert 130 formed and positive and / or cohesive with the body 116 is preferably formed of a high strength and high temperature resistant plastic material.

Im Übrigen stimmt die in 10 dargestellte siebte Ausführungsform des Kolbens 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in 8 dargestellten fünften Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird. Incidentally, the in 10 illustrated seventh embodiment of the piston 100 in terms of structure and function with the in 8th illustrated fifth embodiment, so that reference is made to the above description thereof in this regard.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102013206729 A1 [0003]

Claims

Piston ( 100 ) for a piston device ( 102 ), the piston ( 100 ) Comprises: - a piston head ( 118 ) for receiving and / or generating compressive forces; A bolt receptacle ( 124 ) for receiving a piston pin ( 110 ); - a basic body ( 116 ) for transmitting power between the piston head ( 118 ) and the bolt receptacle ( 124 ) during operation of the piston ( 100 ), where the basic body ( 116 ) is formed of a plastic material.

Piston ( 100 ) according to claim 1, characterized in that the basic body ( 116 ) and the piston crown ( 118 ) are made of the same material and / or integral with each other.

Piston ( 100 ) according to claim 1, characterized in that the basic body ( 116 ) and the piston crown ( 118 ) are formed from mutually different materials.

Piston ( 100 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the piston ( 100 ) one or more inserts ( 130 ), which on or in the basic body ( 116 ) are arranged.

Piston ( 100 ) according to claim 4, characterized in that the basic body ( 116 ), in particular a piston skirt ( 122 ) of the piston ( 100 ), one or more depressions ( 138 ), Recesses ( 140 ) and / or passages ( 158 ), in which one or more inserts ( 130 ) are fixable or fixed, in particular form-fitting and / or cohesively immovable fixed or fixed.

Piston ( 100 ) according to one of claims 4 or 5, characterized in that one or more inserts ( 130 ) comprise a metal material, in particular cast aluminum and / or gray cast iron, or are formed from a metal material, in particular cast aluminum and / or gray cast iron.

Piston ( 100 ) according to one of claims 4 to 6, characterized in that one or more inserts ( 130 ) comprise a plastic material, in particular a PEEK material and / or a PTFE material, or are formed from a plastic material, in particular from a PEEK material and / or from a PTFE material.

Piston ( 100 ) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the piston crown ( 118 ) comprises a metal material, in particular cast aluminum and / or gray cast iron, or is formed from a metal material, in particular cast aluminum and / or gray cast iron.

Piston ( 100 ) according to one of claims 1 to 8, characterized in that the piston crown ( 118 ) comprises a plastic material, in particular a PEEK material and / or a PTFE material, or is formed from a plastic material, in particular from a PEEK material and / or from a PTFE material.

Piston ( 100 ) according to one of claims 1 to 9, characterized in that the piston ( 100 ) one or more sliding elements ( 132 ), which in particular form fit and / or material fit in or on one or more Gleitelementaufnahmen ( 148 ) of the basic body ( 116 ) are arranged or can be arranged.

Piston device ( 102 ) comprising one or more cylinders ( 106 ) for receiving one or more pistons ( 100 ) and one or more pistons ( 100 ) according to one of claims 1 to 10.

Method for producing a piston ( 100 ), which has a basic body ( 116 ) comprising a piston head ( 118 ) of the piston ( 100 ) Effective with a bolt receptacle ( 124 ) of the piston ( 100 ), the method comprising: - producing the basic body ( 116 ) of the piston ( 100 ) made of a plastic material.

Method according to claim 12, characterized in that the basic body ( 116 ) is produced in an injection molding process.

Method according to claim 13, characterized in that one or more inserts ( 130 ) of the piston ( 100 ) in the production of the basic body ( 116 ) with material of the basic body ( 116 ) are sprayed over.

Method according to one of claims 12 to 14, characterized in that one or more inserts ( 130 ) after the preparation of the main body ( 116 ) on the base body ( 116 ), in particular to the main body ( 116 ) are sprayed.