DE202009010802U1

DE202009010802U1 - Piston pin bearing bush

Info

Publication number: DE202009010802U1
Application number: DE200920010802
Authority: DE
Original assignee: KS Kolbenschmidt GmbH
Current assignee: KS Kolbenschmidt GmbH
Priority date: 2009-08-11
Filing date: 2009-08-11
Publication date: 2009-10-15
Anticipated expiration: 2019-08-12

Abstract

Ein aus einem Leichmetallwerkstoff gegossener Kolben (1, 21, 28) einer Brennkraftmaschine mit einem Kolbenoberteil (2, 31), das im Bereich eines Kolbenbodens (3, 29) eine Brennraummulde (4, 30) sowie außenseitig ein Ringfeld (5, 32) zur Aufnahme von Kolbenringen einschließt, ein sich an das Kolbenoberteil (2, 31) anschließender Kolbenschaft (10, 38) umfasst diametral gegenüberliegende Nabenbohrungen (7, 13, 20, 23, 36), in die jeweils eine Lagerbuchse (8, 14, 19, 24, 37) eingebracht ist, die zur Aufnahme eines Kolbenbolzens bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbuchse (8, 14, 19, 24, 37) sich auf eine begrenzte Länge der Nabenbohrung (7, 13, 20, 23, 36) erstreckt.A piston (1, 21, 28) of an internal combustion engine cast from a lightweight metal material with a piston upper part (2, 31) which has a combustion chamber recess (4, 30) in the region of a piston crown (3, 29) and a ring field (5, 32) on the outside. for receiving piston rings, a piston skirt (10, 38) adjoining the upper piston part (2, 31) comprises diametrically opposite hub bores (7, 13, 20, 23, 36), into each of which a bearing bushing (8, 14, 19 , 24, 37), which is intended to receive a piston pin, characterized in that the bearing bush (8, 14, 19, 24, 37) extends over a limited length of the hub bore (7, 13, 20, 23, 36 ).

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein aus einem Leichmetallwerkstoff gegossener Kolben einer Brennkraftmaschine, mit einem Kolbenoberteil, das im Bereich eines Kolbenbodens eine Brennraummulde sowie außenseitig ein Ringfeld zur Aufnahme von Kolbenringen einschließt. An das Kolbenoberteil schließt sich ein Kolbenschaft an, sowie zwei diametral gegenüberliegende Nabenbohrungen, in die jeweils eine zur Aufnahme eines Kolbenbolzens bestimmte Lagerbuchse eingebracht ist, gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.object The invention is cast from a lightweight metal material Piston of an internal combustion engine, with a piston upper part in the Area of a piston crown a combustion bowl and outside includes a ring field for receiving piston rings. The piston upper part is followed by a piston skirt, and two diametrically opposed hub bores, in each case a specific for receiving a piston pin bearing bush is introduced, according to the features of the preamble of claim 1.

Mit Zunahme der Verbrennungstemperaturen und der Verbrennungsdrücke nehmen auch die Temperaturen und Flächenpressungen im Bereich der Kolbenbolzenbohrung weiter zu und können ein für die Funktion kritisches Maß erreichen. Eine Überschreitung kritischer Belastungswerte löst Folgeschäden aus, wie beispielsweise Materialrisse, Bolzennabenspaltbrüche in Nabenbohrungen oder einen Materialverschleiß in Form eines auch als Fressen bezeichneten Materialabtrags, der die Lebensdauer des Kolbens einschränkt bzw. zu einem Ausfall Kolbens führt. Die Kolbenbolzen-Lagerbuchse unterliegt einer größten Beanspruchung im Bereich eines Bolo-Scheitels, einer brennraumseitigen Hauptbelastungszone.With Increase in combustion temperatures and combustion pressures also take the temperatures and surface pressures in the area of Piston pin bore continues to and can be a for to reach the function critical dimension. An overrun critical load values triggers consequential damage, such as material cracks, bolt pin gap fractures in hub bores or a material wear in the form a designated as seizure material removal, the life limits the piston or leads to a failure piston. The piston pin bearing bush is subject to a largest Stress in the area of a bolo apex, a combustion chamber side Main loading zone.

Bei bekannten Kolbenausführungen wurden teilweise Maßnahmen ergriffen, die sich in Bezug auf ein Ausfallkriterium vorteilhaft auswirken, aber einen anderen Schaden früher eintreten lassen. Die DE 198 28 847 A1 bezieht sich auf eine für hohe Betriebskräfte ausgelegte Lagerbuchse, die in einem Übergangsbereich zwischen Scheitellinien einzelne Ausnehmungen aufweist, die ein Verlagern des Radialdrucks auf die Enden der Lagerbuchse bewirken sollen.In known piston designs, measures have been taken which have an advantageous effect in terms of a failure criterion, but which can cause other damage earlier. The DE 198 28 847 A1 refers to a designed for high operating forces bushing, which has individual recesses in a transition region between apex lines, which are intended to effect a displacement of the radial pressure on the ends of the bearing bush.

Die EP 0 716 240 B1 umfasst Maßnahmen, die den Widerstand gegen ein Fressen in einem Gleitlager erhöhen sollen. Dazu weist die Lagerbuchse eine definierte Oberflächenstruktur auf, die sich von der Lagerlegierungsschicht ausgehend über die Zwischenschicht bis zur Deckschicht fortsetzt. Dadurch soll erreicht werden, dass nach einem gewissen Abrieb Anteile der Deck- und Zwischenschicht zur Gleitoberfläche gehören und damit der Gleitoberfläche als Schmiermittel zur Verfügung stehen. Dieser Aufbau ist nicht auf Lagerbuchsen für Nabenbohrungen von Kolben übertragbar, da sich Gleitlager prinzipiell hinsichtlich der Beanspruchungsart und den Schmierungsbedingungen von Lagerbuchsen unterscheiden. Die Gleitlager sind überwiegend druckölgeschmiert. Aufgrund einer großen Relativgeschwindigkeit zwischen der Welle und dem Gleitlager bildet sich ein hydrodynamischer Schmierfilm aus. Im Gegensatz dazu stellt sich zwischen dem Kolbenbolzen und der zugehörigen Lagerbuchse eine kleine oszillierende Relativbewegung ein, verbunden mit einer Mischreibung sowie einem Festkörperkontakt.The EP 0 716 240 B1 includes measures to increase the resistance to seizure in a plain bearing. For this purpose, the bearing bush has a defined surface structure, which continues from the bearing alloy layer via the intermediate layer to the cover layer. This is intended to ensure that, after a certain abrasion, portions of the cover and intermediate layer belong to the sliding surface and thus are available to the sliding surface as a lubricant. This structure is not transferable to bushings for hub bores of pistons, as slide bearings differ in principle with respect to the type of stress and the lubrication conditions of bearing bushes. The plain bearings are predominantly pressure oil lubricated. Due to a large relative speed between the shaft and the plain bearing forms a hydrodynamic lubricant film. In contrast, sets between the piston pin and the associated bearing bush a small oscillating relative movement, combined with a mixed friction and a solid state contact.

Die DE 198 37 596 C1 zeigt einen Leichtmetallkolben, der zur Lagerung des Kolbenbolzens aus einem gewalzten Metallband gerollte Lagerbuchsen aufweist. Die Lagerbuchsen werden lageorientiert so in die Nabenbohrungen eingeschrumpft bzw. eingepresst, dass deren Stoßfuge im Einbauzustand gegenüber einer Kolbenlängsrichtung versetzt verläuft. Derartige Lagerbuchsen erfordern einen erhöhten Montageaufwand bzw. ein aufwändiges Handling sowie definierte Formtoleranzen, um einen dauerhaften Festsitz zu gewährleisten.The DE 198 37 596 C1 shows a light metal piston having the bearing of the piston pin rolled rolled metal bushes bearing bushes. The bearing bushes are shrunk or pressed into the hub bores in a position-oriented manner so that their butt joints in the installed state are offset relative to a piston longitudinal direction. Such bushings require an increased installation effort and a complex handling and defined shape tolerances to ensure a permanent tight fit.

Zur lokalen Verfestigung von Nabenbohrungen gegossener Leichtmetallkolben ist aus der EP 0 270 139 A bekannt, in Richtung des Kolbenbodens ausgerichtete Faserformkörper in die Nabenbohrungen einzugießen. Abgesehen davon, dass der Faserformkörper bei der Bearbeitung der Nabenbohrung einen erhöhten Aufwand erfordert, führt diese Maßnahme nicht zu einer Steigerung der Gestaltfestigkeit in allen Spannungsebenen.For local consolidation of hub bores cast light metal piston is from the EP 0 270 139 A known to pour in the direction of the piston crown oriented fiber moldings in the hub bores. Apart from the fact that the fiber molding requires an increased effort in the machining of the hub bore, this measure does not lead to an increase in the structural strength in all voltage levels.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine einfach herstellbare und kostengünstig realisierbare Kolbenbolzenlagerung für eine erhöhte Bolzennabenbelastung und mit verbesserter Fresssicherheit zu schaffen.Of the Invention is therefore based on the object, a simple to produce and cost-effective piston pin bearing for an increased pin hub load and with improved To provide food security.

Diese Problemstellung wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.These Problem is solved by the features of claim 1.

Die Lösung nach Anspruch 1 besteht in einer Anordnung der Kolbenbolzenlagerung, bei der die Nabenbohrung die Bauteillänge der Lagerbuchse übertrifft. Die sich erfindungsgemäß auf eine Teillänge der Nabenbohrung beschränkende Lagerbuchse ist so gestaltet, dimensioniert und positioniert, dass sich eine gleichmäßige Spannungsverteilung, d. h. eine optimale Gestaltfestigkeit in allen Spannungsebenen einstellt. Die auch als Bolo-Buchse zu bezeichnende, eine wirkungsvolle lokale Verstärkung der Bolzenbohrung bewirkende erfindungsgemäße Lagerbuchse übernimmt vorteilhaft die maximalen Pressungen der Kolbenbolzenlagerung. Die Wahl des Werkstoffs der Lagerbuchse erfolgt unter dem Gesichtspunkt, eine optimale Werkstoffpaarung mit dem Kolbenbolzen zu erzielen in Verbindung mit einer reduzierten Reibung. Die einfach und kostengünstig realisierbaren erfindungsgemäßen Maßnahmen bewirken eine aufgabengerechte, erhöhte Bolzennabenbelastung sowie eine verbesserte Fresssicherheit und damit eine optimierte Lagerung des Kolbenbolzens. Wesentliche Vorteile der Erfindung sind also die Vermeidung von Bolzenfressern oder Bolzenreibern sowie grundsätzlich die Vermeidung von Bohrungsverschleiß. Insgesamt ergibt sich ein höher belastbarer Kolben mit verbesserter Lebensdauer, der bevorzugt für leistungsgesteigerte Diesel-Brennkraftmaschinen einsetzbar ist. Da ein Teilbereich an der Außenseite der Nabenbohrung zu einer Aushebernut für ein Sicherungselement (Runddrahtsprengring) des Kolbenbolzens nur moderat belastet ist, bedarf es keiner Verstärkung der Lagerbuchse.The solution according to claim 1 consists in an arrangement of the piston pin bearing, wherein the hub bore exceeds the component length of the bearing bush. The inventively limited to a partial length of the hub bore bearing bush is designed, dimensioned and positioned that adjusts a uniform stress distribution, ie an optimal structural strength in all voltage levels. The bearing bush according to the invention, which can also be referred to as a bolo bushing and effects effective local reinforcement of the pin bore, advantageously takes over the maximum pressure of the piston pin bearing. The choice of the material of the bearing bush takes place from the point of view to achieve an optimal material pairing with the piston pin in conjunction with a reduced friction. The simple and inexpensive realizable measures of the invention cause a task-oriented, increased pin hub load and improved seizure safety and thus optimized storage of the piston pin. Significant advantages of the invention are thus the avoidance of pin mills or bolt drivers and in principle the avoidance of bore wear. Overall, a higher results resilient piston with improved life, which is preferably used for performance-enhanced diesel internal combustion engines. Since a portion on the outside of the hub bore to a Aushebernut for a securing element (Runddrahtsprengring) of the piston pin is loaded only moderately, it requires no reinforcement of the bearing bush.

Zur Erzielung einer dauerfesten Einbaulage ist die Lagerbuchse erfindungsgemäß in die Nabenbohrung eingegossen, wobei die Lagerbuchse während des Gießprozesses fixiert ist. Nach dem Erkalten der Gießschmelze stellt sich ein Aufschrumpfen der Anlagefläche des Leichtmetalls auf die Lagerbuchse ein, was zu einer stabilen Verankerung der Lagerbuchse führt.to Achieving a permanent installation position is the bearing bush according to the invention in cast the hub bore, the bearing bush during the casting process is fixed. After cooling the casting melt is a shrinking of the contact surface of the light metal on the bearing bush, resulting in a stable anchoring of the bearing bush leads.

Alternativ zu einer eingegossenen Lagerbuchse schließt die Erfindung einen Presssitz ein, über den die Lagerbuchse in der Nabenbohrung lagefixiert ist. Zur Realisierung einer entsprechenden Nabenbohrung wird vor dem Feingießprozess ein Gießformkörper, insbesondere ein als Stufenkern gestalteter Salzkern in die Gießform eingesetzt, der den für die Lagerbuchse erforderlichen Einbauraum festlegt. Nach abgeschlossenem Gießprozess kann das Einpressen der Lagerbuchsen erfolgen.alternative to a cast-in bearing bush closes the invention a press fit, over which the bearing bush in the hub bore is fixed in position. For the realization of a corresponding hub bore becomes a molding body before the investment casting process, in particular a salt core designed as a stepped core into the casting mold used, the required for the bearing bush Specifies installation space. After completion of the casting process can the press-fitting of the bearing bushes take place.

Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, die Lagerbuchse mit Übermaß in die Nabenbohrungen einzugießen oder einzupressen. Nach abgeschlossenem Gießprozess bzw. eingepresster Lagerbuchse erfolgt ein radiales Aufweiten der Lagerbuchse mit dem Ziel, eine möglichst gleichförmige Verteilung der Flächenpressungen zwischen den Kontaktpartnern, dem Kolbenbolzen und der Lagerbuchse zu erreichen. Dazu bietet es sich an, die Lagerbuchse pleuelseitig durch ein gezieltes Aufweiten konisch oder ballig zu gestalten. Eine alternativ ovale Lagerbuchsenbohrung ist vorteilhaft so ausgeführt, dass deren große Halbachse senkrecht zu einer Längsachse des Kolbens verläuft.A preferred development of the invention provides, the bearing bush pour excessively into the hub bores or press. After completion of the casting process or Pressed bearing bush is a radial expansion of the bearing bush with the goal of a uniform distribution as possible the surface pressure between the contact partners, the To reach the piston pin and the bearing bush. It is suitable for that on, the bearing bush conical end by a conical widening conical or crowned. An alternatively oval bearing bush bore is advantageously designed so that their large Semi-axis perpendicular to a longitudinal axis of the piston.

Bedarfsabhängig kann anschließend eine mechanische Bearbeitung bzw. Nacharbeit der Lagerbuchse erfolgen, beispielsweise eine Aufweitung zur Erzielung einer gleichmäßigen Flächenpressung zwischen dem Kolbenbolzen und der Lagerbuchse.Depending on demand can then be a mechanical processing or rework the bushing done, for example, a widening to achieve a uniform surface pressure between the piston pin and the bearing bush.

Zur optimalen Schmierstoffbeaufschlagung und Gewährleistung einer effektiven Schmierung der Kolbenbolzenlagerung schließt die Nabenbohrung weiterhin zumindest eine, vorzugsweise in einer (astfreien Zone positionierte, Öltasche ein. Durch eine Anordnung der Öltasche in einem Winkel „α” ≥ 25° zu der Längsachse des Kolbens stellt sich ein ausreichender Abstand zu der auch als Bolo-Scheitel bezeichneten Scheitellinie, der Zone größter Flächenpressung der Nabenbohrung ein. Vorteilhaft umfasst die Lagerbuchse zwei versetzt zu einer lastfreien Zone der Kolbenbolzenlagerung angeordnete Öltaschen, über die der Lagerung ausreichend Schmiermittel zugeführt werden kann.to optimal lubrication and warranty an effective lubrication of the piston pin bearing closes the hub bore further at least one, preferably in one (knot-free zone positioned, oil pocket in. By an arrangement the oil bag at an angle "α" ≥ 25 ° to the Longitudinal axis of the piston is a sufficient distance to the crest line, also known as Bolo crest, the zone largest surface pressure of the hub bore one. Advantageously, the bearing bush comprises two offset to one no-load zone of the piston pin bearing arranged oil pockets, over the storage sufficient lubricant can be supplied can.

Erfindungsgemäß bietet es sich an, die Lagerbuchse so anzuordnen, dass diese im Einbauzustand versetzt zu einer für das Pleuel bestimmten, von dem Nabenabstand begrenzten Aufnahme in den Nabenbohrungen angeordnet ist. Die sich einstellenden Abstandsmaße von der Lagerbuchse zum jeweiligen Ende der Nabenbohrung sind vorteilhaft unterschiedlich lang ausgeführt. Das pleuelseitige Abstandsmaß entspricht zumindest 30% des gegenseitigen Abstandmaßes zwischen der Lagerbuchse und einer Mantelfläche des Kolbenschafts. Eine alternative Anordnung sieht vor, dass die Lagerbuchse auf der zu dem Pleuel gerichteten Seite, einer zentrischen Aufnahme, bündig mit einer Stirnseite der Nabenbohrung abschließt. Zur Erzielung einer optimalen Kolbenbolzenanordnung erstreckt sich jede Lagerbuchse über zumindest 60%, jedoch weniger als 90% der Nabenbohrungslänge, um die Lagerbuchse einerseits ausreichend stabil ausführen zu können, gleichzeitig die Lagerbuchse aber auch platzsparend im Kolben anordnen zu können. Gemäß einer weiteren Anordnung ist vorgesehen, dass der Kolbenbolzen sowohl in der Lagerbuchse als auch in einem lagerbuchsenfreien Abschnitt der Nabenbohrung geführt und gelagert ist.Offers according to the invention It is important to arrange the bearing bush so that these in the installed state offset from the hub distance determined for the connecting rod limited receptacle is arranged in the hub bores. Which adjusting distance measurements from the bearing bush to the respective End of the hub bore are advantageously designed differently long. The conrod-sided distance equals at least 30% the mutual distance measure between the bearing bush and a lateral surface of the piston skirt. An alternative Arrangement provides that the bearing bush on the to the connecting rod directed side, a centric recording, flush with one end face of the hub bore completes. To achieve an optimal piston pin assembly, each bearing bush extends over at least 60%, but less than 90% of the hub bore length, on the one hand to perform the bearing bush sufficiently stable at the same time the bearing bush but also space-saving in the To be able to arrange pistons. According to one Another arrangement is provided that the piston pin both in the bearing bush as well as in a bearing bush free section the hub bore is guided and stored.

Die Lagerbuchse gemäß der Erfindung kann als Parallelbuchse wie auch als Trapezbuchse ausgebildet werden und so den jeweiligen Bedürfnissen oder Einbauverhältnissen angepasst werden. Trapezbuchsen, zu denen auch Lagerbuchsen mit nur einem abgeschrägten Ende gehören, werden in der Weise eingebaut, dass der erste axial längere Abschnitt dem Bolo-Scheitel, einer brennraumseitigen Hauptbelastungszone zugeordnet ist und der zweite axial kürzere Abschnitt um 180° versetzt dazu angeordnet ist. Trapezbuchsen werden bevorzugt in hoch belasteten Brennkraftmaschinen eingesetzt. Aufgrund der Einbaulage ist der axial längere, eine vergrößerte Lagerfläche bildende Abschnitt der Trapezbuchse während des Betriebs dem Bereich der Maximalbelastung zugeordnet, um die bei der Abwärtsbewegung des Kolbens auftretenden Kräfte besser aufnehmen zu können.The Bearing bush according to the invention can be used as a parallel bushing as well as trained as trapezoidal bushing and so the respective Adapted to needs or installation conditions become. Trapezoid bushings, which also have bushings with only one be included in the way beveled end incorporated that the first axially longer section the bolo apex, a combustion chamber side main load zone is assigned and the second axially shorter section offset by 180 ° arranged to it. Trapezoidal bushings are preferred in heavily loaded Internal combustion engines used. Due to the installation position is the axially longer, an enlarged storage area forming section of the trapezoidal bushing during operation assigned to the area of maximum load to those during the downward movement To absorb the forces occurring in the piston better.

Der erfindungsgemäße Aufbau sieht vor, dass der Kolbenbolzen im Betriebszustand in der Lagerbuchse sowie in einem lagerbuchsenfreien Abschnitt der Nabenbohrung gelagert und geführt ist.Of the Structure according to the invention provides that the piston pin in the operating state in the bearing bush and in a bearing bush-free Section of the hub bore is stored and guided.

Als bevorzugter Werkstoff für die Lagerbuchse ist eine Kupferbasislegierung vorgesehen. Als geeigneter Werkstoff für die Gleitschicht der Lagerbuchse ist erfindungsgemäß insbesondere eine Kupferbasislegierung vorgesehen, wobei sich aber auch alternative Werkstoffe eignen.When The preferred material for the bearing bush is a copper-based alloy intended. As a suitable material for the sliding layer the bearing bush is according to the invention in particular provided a copper-based alloy, but also alternative Materials are suitable.

Weiterhin ist zur Lösung der Problemstellung eine erfindungsgemäße Vorrichtung und ein darauf basierendes Verfahren zur Herstellung des Kolbens mit eingegossener Lagerbuchse vorgesehen. Unter Verwendung einer Gießform wird zur Bildung der Nabenbohrung ein wasserlöslicher Gießformkörper, insbesondere ein Salzkern, mit der Lagerbuchse zur Bildung eines Kombiteils zusammengefügt. Vor dem Gießen wird das Kombiteil in das Gießwerkzeug eingesetzt, wobei die Einzelteile vorteilhaft ohne separate Haltemittel verbunden sind.Farther is to solve the problem an inventive Device and a method based thereon for the production of the piston provided with a cast-in bushing. Under use a casting mold becomes a water-soluble one to form the hub bore Moldings, in particular a salt core, with the bearing bush assembled to form a combination part. Before casting, the combination part is inserted into the casting tool used, the items advantageously without separate holding means are connected.

Eine weitere alternative Herstellvorrichtung und ein darauf basierendes Herstellverfahren sieht vor, dass zur Bildung der Nabenbohrung vor dem Feingussprozess des Kolbens ein wasserlöslicher Gießformkörper, insbesondere ein Salzkern, in die Gießform eingesetzt ist (wird). Dazu eignet sich bevorzugt ein als Stufenkern gestalteter Salzkern, der einen Einbauraum für die Lagerbuchse definiert. Nach abgeschlossenem Gießprozess werden die Lagerbuchsen von der zentralen Aufnahme des Kolbens radial nach außen in die diametral gegenüberliegenden Nabenbohrungen eingepresst. Zur Schaffung eines lageorientierten Einbaus bietet es sich an, die Lagerbuchsen mit zumindest einer partiell radial nach außen gerichteten Nase zu versehen, die in eine korrespondierende Nut im Bereich einer lastfreien Zone der Nabenbohrung formschlüssig eingreift.A another alternative manufacturing device and a based on it Manufacturing process provides that to form the hub bore before the investment casting process of the piston, a water-soluble casting mold, in particular a salt core, is inserted into the mold (becomes). For this purpose, preferably designed as a step core Salt core, which defines an installation space for the bearing bush. To completed casting process, the bushings of the central receptacle of the piston radially outwards in the diametrically opposed hub bores pressed. To create a situation-oriented installation, it makes sense, the Bushings with at least one partially radially outward directed nose, which in a corresponding groove in the area of a load-free zone of the hub bore form fit intervenes.

Nach dem Gießprozess und dem erkalteten Kolben kann in einem oder in mehreren Arbeitsschritten ein Bearbeitungsverfahren erfolgen. Dieses Verfahren kann beispielsweise das Einbringen zumindest einer Öltasche in die Nabenbohrung vorsehen oder eine ovale, ballige oder konische Gestaltung der Lagerbuchse, wobei die aufweitende Bearbeitung gleichzeitig die Eigenspannungen erhöht.To the casting process and the cooled piston can in one or in several steps a machining process done. This method can, for example, the introduction of at least one oil bag Provide in the hub bore or an oval, spherical or conical Design of the bearing bush, with the expanding processing simultaneously the residual stresses increased.

Im Folgenden wird anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung die Erfindung näher erläutert, wobei sich die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt.in the The following will be with reference to exemplary embodiments with reference on the drawing the invention explained in more detail, however, the present invention is not limited thereto.

Es zeigen:It demonstrate:

1: einen im Halbschnitt dargestellten Kolben, der in den Nabenbohrungen eingegossene Lagerbuchsen einschließt, 1 a half-section piston including bearing bushes cast in the hub bores,

2: Bolzennaben eines Kolbens im Schnitt, mit in den Nabenbohrungen eingegossenen Lagerbuchsen, 2 : Pin bosses of a piston in section, with bearing bushes cast in the hub bores,

3 eine der 2 vergleichbare Darstellung, mit trapezartig gestalteten Bolzennaben, 3 one of the 2 comparable representation, with trapezoidal shaped pin bosses,

4: einen Kolben als Einzelteil in einer Ansicht auf die Nabenbohrung, 4 : a piston as an item in a view of the hub bore,

5: einen erfindungsgemäß gestalteten Gusskolben in einer perspektivischen Schnittansicht. 5 : A cast piston designed according to the invention in a perspective sectional view.

Die 1 zeigt in einem Halbschnitt einen Kolben 1, der als Gusskolben aus Leichtmetall hergestellt ist. Ein Kolbenoberteil 2 bildet im Bereich eines Kolbenbodens 3 eine Brennraummulde 4 sowie außenseitig ein Ringfeld 5, das zur Aufnahme von in 1 nicht abgebildeten Kolbenringen bestimmt ist. Radial nach innen versetzt zur Außenkontur umfasst der Kolben 1 zwei Bolzennaben 6, die diametral gegenüberliegende Nabenbohrungen 7 einschließen, in denen jeweils eine Lagerbuchse 8 eingegossen ist. Im Betriebszustand des Kolbens 1 sind die Bolzennaben 6 zur Aufnahme eines nicht abgebildeten Kolbenbolzens bestimmt, der in den Lagerbuchsen 8 schwimmend gelagert ist. Die Lagerbuchsen 8 sind in einem Abstand „S1” zu einer Stirnseite einer zentrischen, für ein Pleuel bestimmten, von einem Nabenabstand begrenzten Aufnahme 9 positioniert. Das sich gegenseitig einstellende Maß „S2” zwischen der Lagerbuchse 8 und einer Außenseite der Bolzennabe 6 übertrifft das Maß „S1”. Das Kolbenoberteil 2 ist im Betriebszustand über den Kolbenbolzen gelenkig mit einem Kolbenschaft 10 verbunden. Dazu erstreckt sich der Kolbenbolzen über die Länge der Bolzennaben 6 hinaus bis in Bohrungen 11 des Kolbenschafts 10.The 1 shows in a half section a piston 1 , which is manufactured as a cast piston made of light metal. A piston upper part 2 forms in the region of a piston crown 3 a combustion bowl 4 as well as outside a ring field 5 which is suitable for inclusion in 1 not shown piston rings is determined. Radially offset inwards to the outer contour, the piston comprises 1 two pin hubs 6 , the diametrically opposed hub bores 7 include, in each case a bearing bush 8th is poured. In the operating condition of the piston 1 are the pin bosses 6 intended for receiving a piston pin, not shown, in the bearing bushes 8th is floating. The bearing bushes 8th are at a distance "S1" to a front side of a central, intended for a connecting rod, limited by a hub distance recording 9 positioned. The mutually adjusting dimension "S2" between the bearing bush 8th and an outside of the pin boss 6 exceeds the measure "S1". The piston upper part 2 is in the operating state via the piston pin hinged with a piston skirt 10 connected. For this purpose, the piston pin extends over the length of the pin bosses 6 out into holes 11 of the piston shaft 10 ,

Die 2 zeigt in einem vergrößerten Maßstab die Bolzennaben 12 als Einzelteil, in deren Nabenbohrungen 13 jeweils eine Lagerbuchse 14 außermittig eingegossen ist. Zur optimierten Schmiermittelbeaufschlagung der Kolbenbolzenlagerung in den Lagerbuchsen 14 schließt jede Nabenbohrung 13 eine Öltasche 15 ein, die zu einer Scheitellinie 16 der Nabenbohrung 13 versetzt eingebracht ist und die sich bis zu der Lagerbuchse 14 erstreckt. Die Lagerung des Kolbenbolzens erfolgt vorrangig in den Lagerbuchsen 14 und erfährt zusätzlich eine Führung oder Lagerung in den lagerbuchsenfreien Zonen der Nabenbohrung 13.The 2 shows on an enlarged scale the pin bosses 12 as a single part, in their hub bores 13 one bearing bush each 14 is poured off-center. For optimized lubricant loading of the piston pin bearing in the bearing bushes 14 closes every hub bore 13 an oil bag 15 one that leads to a crest line 16 the hub bore 13 is placed offset and extending up to the bearing bush 14 extends. The bearing of the piston pin takes place primarily in the bearing bushes 14 and additionally undergoes a guide or bearing in the bearing bush free zones of the hub bore 13 ,

Gemäß 3 bilden die Bolzennaben 17 eine trapezartige, von dem Nabenabstand begrenzte Aufnahme 18 für das Pleuel. Daran angepasst bilden die bündig mit einer Kontur der Aufnahme 18 abschließenden Lagerbuchsen 19 in der Schnittdarstellung ebenfalls eine Trapezform. Übereinstimmend mit dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 weist jede Nabenbohrung 20 eine Öltasche 22 auf.According to 3 form the pin bosses 17 a trapezoidal, limited by the hub distance recording 18 for the connecting rod. Adapted to this form the flush with a contour of the recording 18 final bushings 19 in the sectional view also a trapezoidal shape. Consistent with the embodiment according to 2 has each hub bore 20 an oil bag 22 on.

Die 4 zeigt den Kolben 21 in einer Ansicht auf die Nabenbohrung 23. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich auf die Nabenbohrung 23, in der die Lagerbuchse 24 integriert ist. Die Nabenbohrung 23 schließt zwei Öltaschen 25 ein, die in einem Winkel „α” ≥ 25° zu einer Längsachse 26 des Kolbens 21 sowie einer Scheitellinie 27 angeordnet und bis zu der eingegossenen Lagerbuchse 24 geführt sind. Die Nabenbohrung 23 kann erfindungsgemäß zylindrisch kreisrund oder zylindrisch mit einer geringen Ovalität ausgebildet sein. Eine geringfügige Ovalität der Nabenbohrung 23 ist so ausgebildet, dass eine kleine Ovalitätsachse in Richtung der Längsachse 26 verläuft.The 4 shows the piston 21 in a view of the hub bore 23 , The following description is limited to the hub bore 23 in which the bearing bush 24 is integrated. The hub bore 23 closes two oil pockets 25 at an angle "α" ≥ 25 ° to a longitudinal axis 26 of the piston 21 and a crest line 27 arranged and up to the cast-in bearing bush 24 ge leads are. The hub bore 23 can be formed according to the invention cylindrical circular or cylindrical with a small ovality. A slight ovality of the hub bore 23 is designed so that a small ovality axis in the direction of the longitudinal axis 26 runs.

Die 5 zeigt einen weiteren erfindungsgemäßen, als Gusskolben gestalteten Kolben 28 in einer perspektivischen Schnittansicht in Verbindung mit in einer Ansicht abgebildeten Lagerschalen 37. Der Kolben 28 umfasst ein einen Kolbenboden 29 mit zentrischer Brennraummulde 30 bildendes Kolbenoberteil 31, an das sich außenseitig ein Feuersteg 32 und ein Ringfeld 33 anschließen. In einem einen Kolbenschaft 38 einschließenden Kolbenunterteil 34 des Kolbens 29 sind zwei diametral gegenüberliegende Nabenbohrungen 36 in Bolzennaben 35 eingebracht, die jeweils zur Aufnahme einer trapezfömig gestalteten, auch als Bolo-Buchse zu bezeichnenden Lagerbuchse 37 bestimmt ist. Dabei handelt es sich um eine Lagerbuchse 37, deren axial längerer Abschnitt dem Kolbenboden 29 zugewandt ist. Dieser gleichzeitig als Hauptbelastungszone oder Bolo-Scheitel der Lagerbuchse 37 zu bezeichnende Abschnitt liegt dem axial kürzesten Abschnitt diametral gegenüber. Übereinstimmend werden die Lagerbuchsen 37 nach abgeschlossenem Gießvorgang und erkaltetem Kolben 28 von einem Kolbeninnenraum 39 ausgehend radial nach außen in die Lagerbuchsen 37 eingepresst.The 5 shows a further piston according to the invention designed as a cast piston 28 in a perspective sectional view in conjunction with bearing cups shown in a view 37 , The piston 28 includes a piston crown 29 with centric combustion bowl 30 forming piston upper part 31 , on the outside of which there is a fire-pier 32 and a ring field 33 connect. In a one piston shaft 38 enclosing piston base 34 of the piston 29 are two diametrically opposed hub bores 36 in Bolzennaben 35 introduced, each for receiving a trapezoidal shaped, to be referred to as a bolo bush bearing bushing 37 is determined. This is a bearing bush 37 whose axially longer portion of the piston crown 29 is facing. This at the same time as the main load zone or Bolo apex of the bearing bush 37 To be designated section is the axially shortest section diametrically opposite. The bearing bushes agree 37 after completed casting and cooled piston 28 from a piston interior 39 starting radially outward into the bearing bushes 37 pressed.

11: Kolbenpiston
22: KolbenoberteilPiston crown
33: Kolbenbodenpiston crown
44: BrennraummuldeCombustion bowl
55: Ringfeldring box
66: Bolzennabepin boss
77: Nabenbohrunghub bore
88th: Lagerbuchsebearing bush
99: Aufnahmeadmission
1010: Kolbenschaftpiston shaft
1111: Bohrungdrilling
1212: Bolzennabepin boss
1313: Nabenbohrunghub bore
1414: Lagerbuchsebearing bush
1515: Öltascheoil pocket
1616: Scheitelliniecrest line
1717: Bolzennabepin boss
1818: Aufnahmeadmission
1919: Lagerbuchsebearing bush
2020: Nabenbohrunghub bore
2121: Kolbenpiston
2222: Öltascheoil pocket
2323: Nabenbohrunghub bore
2424: Lagerbuchsebearing bush
2525: Öltascheoil pocket
2626: Längsachselongitudinal axis
2727: Scheitelliniecrest line
2828: Kolbenpiston
2929: Kolbenbodenpiston crown
3030: BrennraummuldeCombustion bowl
3131: KolbenoberteilPiston crown
3232: Feuerstegtop land
3333: Ringfeldring box
3434: KolbenunterteilPiston part
3535: Bolzennabenpin bosses
3636: Nabenbohrunghub bore
3737: Lagerbuchsebearing bush
3838: Kolbenschaftpiston shaft
3939: KolbeninnenraumPiston interior

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 19828847 A1 [0003]
- EP 0716240 B1 [0004]
- DE 19837596 C1 [0005]
- EP 0270139 A [0006]

Claims

A piston cast from a lightweight metal material ( 1 . 21 . 28 ) an internal combustion engine having a piston upper part ( 2 . 31 ), which in the region of a piston crown ( 3 . 29 ) a combustion bowl ( 4 . 30 ) and on the outside a ring field ( 5 . 32 ) for receiving piston rings, a to the piston upper part ( 2 . 31 ) subsequent piston stem ( 10 . 38 ) includes diametrically opposed hub bores ( 7 . 13 . 20 . 23 . 36 ), in each of which a bearing bush ( 8th . 14 . 19 . 24 . 37 ), which is intended to receive a piston pin, characterized in that the bearing bush ( 8th . 14 . 19 . 24 . 37 ) to a limited length of the hub bore ( 7 . 13 . 20 . 23 . 36 ).

Piston according to claim 1, characterized in that the bearing bush ( 8th . 14 . 19 . 25 ) is poured.

Piston according to claim 1, characterized in that the bearing bush ( 37 ) via a press fit in the hub bore ( 36 ) is fixed in position.

Piston according to claim 2 or 3, characterized in that the bearing bush ( 8th . 14 . 19 . 24 . 37 ) with an oversize in the hub bore ( 7 . 13 . 20 . 36 ) is poured or pressed.

Piston according to one of claims 1 to 4, characterized in that after a completed casting process of the piston ( 1 . 21 . 28 ) a rework of the bearing bush ( 8th . 14 . 19 . 24 . 37 ) is provided.

Piston according to one of claims 1 to 5, characterized in that the hub bore ( 13 . 20 . 23 ) for applying lubricant in a preferably fast-free zone, at least one oil pocket ( 15 . 22 . 25 ).

Piston according to one of claims 6, characterized in that in the hub bore ( 23 ) introduced oil pocket ( 25 ) at an angle "α" ≥ 25 ° to a longitudinal axis ( 26 ) of the piston ( 21 ) is arranged.

Piston according to claim 7, characterized in that the hub bore ( 23 ) two each to a crest line ( 27 ) offset oil pockets ( 25 ) having.

Piston according to one of claims 1 to 8, characterized in that the bearing bush ( 8th . 14 ) offset to a designated for a connecting rod, limited by a hub distance recording ( 9 . 18 ) is positioned.

Piston according to one of claims 1 to 9, characterized in that the bearing bush ( 19 ) on the side facing the connecting rod, the receptacle ( 18 ) flush with an end face of the hub bore ( 20 ) completes.

Piston according to one of the preceding claims 1 to 10, characterized in that the bearing bush ( 8th . 14 . 19 . 24 . 37 ) at least over 60%, but less than 90% of a length of the hub bore ( 7 . 13 . 20 . 23 . 36 ).

Piston according to one of claims 1 to 11, characterized in that the bearing bush ( 8th . 14 ) as a parallel bush and the bearing bush ( 19 . 37 ) is formed as a trapezoidal bushing.

Piston according to one of claims 1 to 12, characterized in that the piston pin in the bearing bush ( 8th . 14 . 19 . 24 . 37 ) and in a bearing bush-free section of the hub bore ( 7 . 13 . 20 . 23 . 36 ) is stored and guided.

Piston according to one of claims 1 to 13, characterized in that a copper-based alloy as a material for the bearing bush ( 8th . 14 . 19 . 24 . 37 ) is provided.

Device for producing a piston ( 1 . 21 ) using a casting mold according to one of claims 1 to 14, characterized in that for forming the hub bore ( 7 . 13 . 20 . 23 ) the bushing ( 8th . 14 . 19 . 24 ) is assembled together with a water-soluble casting mold, in particular a salt core, as a component which, prior to the casting of the piston ( 1 . 21 ) is inserted into the casting tool.

Device for producing a piston ( 28 ) using a casting mold according to one of claims 1 to 14, characterized in that for forming the hub bore ( 36 ) before casting a water-soluble, designed as a stepped core mold body, in particular a salt core, is inserted into the mold, which has an installation space for the bearing bush ( 37 ) defined after the completed casting process in the hub bore ( 36 ) is pressed.

Device according to one of claims 15 or 16, characterized in that after the completed casting process, the bearing bush ( 8th . 14 . 19 . 24 . 37 ) is widened between or during subsequent operations for generating residual stresses.