DE2164646B2

DE2164646B2 - MULTI-ANGLE, LIQUID-COOLED PISTON FOR ROTARY PISTON MACHINES AND TOOLS FOR THE PRODUCTION OF THEREOF

Info

Publication number: DE2164646B2
Application number: DE19712164646
Authority: DE
Inventors: Johannes Dipl.-Ing. 7107 Bad Friedrichshall; Ruf Max 7101 Obereisesheim Steinwart
Original assignee: Audi NSU Auto Union AG, 7107 Neckarsulm; Wankel GmbH, 8990 Lindau
Priority date: 1971-12-24
Filing date: 1971-12-24
Publication date: 1976-04-01
Also published as: JPS5514254B2; FR2165511A5; DE2164646A1; IT972674B; GB1378827A; US3836294A; IL41099A; IL41099A0; JPS4869909A

Description

Die Erfindung betrifft einen mehreckigen, flüssigkeitsgekühlten Kolben für Rotationskolbenmaschinen in Trochoidenbauart, der im Bereich der Kolbenecken mit Zufluß- und Abflußkanälen versehen ist, in welchen die Kühlflüssigkeit von einer Kolbenstirnwand zur anderen Kolbenstirnwand geführt wird, sowie ein Werkzeug zur Herstellung eines derartigen Kolbens.The invention relates to a polygonal, liquid-cooled piston for rotary piston machines in trochoid design, which is provided with inflow and outflow channels in the area of the piston corners, in which the cooling liquid is fed from one piston end wall to the other piston end wall, as well as a tool for the production of such a piston.

Bei den bekannten Kolben der vorgenannten Art (DT-PS 12 23 610) stehen die Zufluß- und Abflußkanäle mit Kolbenhohlräumen in Verbindung, die nur mit Hilfe von verlorenen Sandkernen erzeugt werden können.In the known pistons of the aforementioned type (DT-PS 12 23 610) are the inflow and outflow channels with piston cavities in connection, which can only be created with the help of lost sand cores.

Diese Herstellungsart ist aufwendig und für eine Großproduktion wenig geeignet.This type of production is complex and for large-scale production not very suitable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kolben zu schaffen, bei dem die Führung der Kühlfius sigkeit so ausgebildet ist, daß die Herstellung im Kokillenguß möglich ist, ohne daß dabei die Strömung der Kühlflüssigkeit von der einen Kolbenstirnwand zur anderen unter der Wirkung der wechselnden Btschk-unigungskräfte beeinträchtigt wird.The invention is based on the object of creating a piston in which the guide of the Kühlfius sigkeit is designed so that the production in permanent mold casting is possible without affecting the flow of the Cooling liquid from one piston end wall to the other under the effect of the changing forces of Bchk unification is affected.

ίο Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zufluß- und Abflußkanäle jeweils zum Koibeninneren hin konvergierende, hinterschneidungsfreie Wandungen aufweisen, daß der Zuflußkana! in den Abflußkanal mündet, daß im Bereich der Einmündung des Zuflußkanals in Kolbenumfangsrichtung die Breite des Abflußkanals größer ist als die Breite des Zuflußkanak und daß die Mündung des Zufljßkanals in einem Ab stand von der achsfernen Begrenzungswand des Abflußkanals liegt.This object is achieved according to the invention in that the inflow and outflow channels each lead to the interior of the Koiben have converging, undercut-free walls that the influx channel! into the drainage channel opens out that in the area of the confluence of the inflow channel in the circumferential direction of the piston, the width of the Outflow channel is larger than the width of the inflow channel and that the mouth of the inflow channel in an outlet stood from the off-axis boundary wall of the drainage channel.

Da bei der erfindungsgemäßen Ausbildung jeder Kolbenhohlraum durch die ineinander mündenden Zufluß- und Abflußkanäle gebildet wird, kann er mit Hilfe von zwei aneinander anstoßenden Kernteilen erzeug! werden, die nach dem Guß schräg radial nach innen in der einen bzw. der anderen Richtung gezogen werden können. Durch die beschriebene Anordnung der Mün dung des Zuflußkanals in den Abflußkanal wird die Kühlflüssigkeit, die durch die positiven, d. h., radial nach außen gerichteten Beschleunigungskräfte durch der Zuflußkanal zum Abflußkanal gefördert wurde, durch die negativen, d. h. im wesentlichen radial nach innen gerichteten Beschleunigungskräfte praktisch ausschließlich durch den Abflußkanal abgeführt. Diese Wirkung kann noch dadurch verbessert werden, daß riie achsferne Begrenzungswand des Abflußkanals in bezug auf die Kolbendrehachse schräg verläuft, und zwar derart, daß ihre achsfernste Stelle axial von der Mündung des Zuflußkanals in Richtung auf die Kolben stirnwand versetzt ist, auf der der Abflußkanal münde!Since in the design according to the invention, each piston cavity through the mutually opening inflow and drainage channels are formed, it can be created with the help of two core parts that abut one another! which are drawn obliquely radially inward in one or the other direction after the casting can. By the described arrangement of the Mün training of the inflow channel in the outflow channel is the Cooling liquid, which by the positive, d. h., Radially outward acceleration forces by the Inflow channel was conveyed to the outflow channel, through the negative, d. H. essentially radially inward Directed acceleration forces practically exclusively dissipated through the drainage channel. These Effect can be further improved by the fact that the off-axis boundary wall of the drainage channel in with respect to the piston axis of rotation obliquely, in such a way that its axially furthest point axially from the The mouth of the inflow channel is offset in the direction of the piston end wall on which the outflow channel opens!

Die durch den Zuflußkanal geführte Kühlfüssigkeit sammelt sich daher zuerst an dieser achsfernsten Stelle des Abflußkanals, und wenn bei Weiterdrehung des Kolbens radial nach innen gerichtete Beschleunigungskräfte auftreten, so kann die radial nach innen ge schleuderte Kühlflüssigkeit nicht in den Zuflußkanal zurückströmen. The cooling liquid passed through the inflow channel therefore collects first at this point furthest away from the axis of the discharge channel, and if, as the piston continues to rotate, acceleration forces directed radially inward occur, the radially inward ge hurled coolant does not flow back into the inflow channel.

Die Zuflußkanäle können von einer Ringnut ausgehen, die im Kolben nahe der einen Kolbenstirnwanc! vorgesehen ist, und die Abflußkanäle können in eine Ringnut münden, die im Kolben nahe der anderen Kolbenstirnwand vorgesehen ist und zwischen benachbarten Kolbenecken durch Stege unterbrochen ist. Diese Ringnuten dienen dazu, die Kolbenstirnwände im Bereich der Axialdichtungen zu kühlen. Die Stege, welche die Ringnut auf der Abflußseite des Kolbens unterbrechen, haben die Aufgabe, die aus den einzelnen Kolbenhohlräumen austretende Kühlflüssigkeit radial nach innen zu abzuschleudern.The inflow channels can start from an annular groove, which is located in the piston near the one piston front wall! is provided, and the discharge channels can open into an annular groove in the piston near the other piston end wall is provided and is interrupted by webs between adjacent piston corners. These Ring grooves are used to cool the piston end walls in the area of the axial seals. The webs, which interrupt the annular groove on the outflow side of the piston, have the task of the individual piston cavities to throw off escaping coolant radially inwards.

Der erfindungsgemäße Kolben kann vorzugsweise aus Leichtmetall im Kokillenguß hergestellt werden, wobei zur Herstellung der Kolbenhohlräume mehrteilige Kerne verwendet werden, wie dies bei der Herstellung von Hubkolben an sich bekannt ist. Das erfin dungsgemäße Werkzeug zur Herstellung eines dreiek·The piston according to the invention can preferably be made of light metal in chill casting, multi-part cores are used to produce the piston cavities, as is the case during production of reciprocating piston is known per se. The tool according to the invention for producing a triangular

(>5 kigen Kolbens weist zwei in entgegengesetzten Richtungen ziehbare Kerne auf, von denen der eine Kern ein sechsflächiges Zentralstück sowie drei um dieses herum angeordnete Kernteile für die Bildung der drei(> 5 kigen piston two points in opposite directions Drawable cores, of which one core is a hexagonal center piece and three around it core parts arranged around to form the three

iuflußkanäle und drei Kernteile für die Bildung der inieren Kolbenkoniur zwischen den ZuHußkanälen aufweist, und der andere Kern ebenfalls ein sechsflächiges Zentralstüek sowie drei um dieses herum angeordnete Kernteile für die Bildung der drei Abflußkanäle und s drei Kernteile für die Bildung der inner on Kolhenkontur zwischen den Abflußkanälen aufweist, wobei die Berührungsflächen zwischen den Ktrnteilen jedes Kerns so angeordnet sind, daß nach dem Ziehen der Zentralstücke zuerst die einen drei Kernteile und dann die anderen drei Kernteile ziehbar sind und wobei eines der Zentralstücke einen Kern zur Bildung der 7entralen Lageröffnung des Kolbens trägt oder selbst bildet.iuflußkanal and three core parts for the formation of the inier Piston cone between the supply channels, and the other core also a hexahedral Zentralstüek as well as three core parts arranged around this for the formation of the three drainage channels and s three core parts for the formation of the inner Kolhenkontur between the drainage channels, the contact surfaces between the Ktrnteile each Core are arranged so that after pulling the central pieces first the three core parts and then the other three core parts can be pulled out and one of the central pieces is a core to form the central one Bearing opening of the piston or forms itself.

Die Außenkontur des Kolbens wird in üblicher Weise durch eine mehrteilige Gußform gebildet.The outer contour of the piston is formed in the usual way by a multi-part casting mold.

Die Erfindung wird im folgenden in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben, in denen ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kolbens und einer Kokillengußform hierfür dargestellt ist. Es zeigtThe invention is described below in connection with the drawings, in which an embodiment of the piston according to the invention and a permanent mold for this purpose is shown. It shows

F i g. 1 einen Längsschnitt durch den Kolben entlang der Linie C-C in F i g. 2,F i g. 1 shows a longitudinal section through the piston along the line CC in FIG. 2,

F i g. 2 eine Ansicht in Richtung des Pfeils A in Fig. I,F i g. 2 is a view in the direction of arrow A in FIG.

F i g. 3 eine Ansicht in Richtung des Pfeils B in Fig. 1,F i g. 3 is a view in the direction of arrow B in FIG. 1,

Fi g. 4 einen Längsschnitt durch den Kolben und die angrenzenden Form- und Kernteile, F i g. 4a einen Teilschnitt entlang Linie E-E in F i g. 4, F i g. 5 einen Schnitt entlang Linie F-Fin F i g. 4 und F i g. 6 einen Schnitt entlang Linie DD in F i g. 4.Fi g. 4 shows a longitudinal section through the piston and the adjoining mold and core parts, FIG. 4a shows a partial section along line EE in FIG. 4, fig. 5 shows a section along line F- F in FIG. 4 and FIG. 6 shows a section along line DD in FIG. 4th

Es sei zunächst der in den F i g. 1 bis 3 dargestellte Kolben 1 beschrieben, der im Ausführungsbeispiel drei Kolbenecken 2 sowie eine zentrale Lageröffnung 3 aufweist. Der Kolben 1 ist im Bereich der Kolbenecken 2 mit Hohlräumen versehen, denen eine Kühlflüssigkeit von der einen Kolbenseite her zugeführt und aus denen die Kühlflüssigkeit zur anderen Kolbenseite hin abgeführt wird. Dieser Transport der Kühlflüssigkeit durch die Kolbenhohlräume erfolgt bekanntlich auf Grund der in ihrer Richtung wechselnden Beschleunigungskräfte, die beim Umlauf des Kolbens auf dem Exzenter der sich drehenden Exzenterwelle auftreten. Dieser Vorgang ist in der deutschen Patentschrift 12 23 610 ausführlich beschrieben.Let it be first of all the one shown in FIGS. 1 to 3 illustrated piston 1 described, the three in the embodiment Has piston corners 2 and a central bearing opening 3. The piston 1 is in the area of the piston corners 2 provided with cavities to which a cooling liquid is supplied from one side of the piston and from which the coolant is discharged to the other side of the piston. This transport the coolant through the piston cavities are known to occur due to the acceleration forces changing in their direction, which occur when the piston rotates on the eccentric of the rotating eccentric shaft. This The process is described in detail in German Patent 12 23 610.

Erfindungsgemäß werden die einzelnen Kolbenhohl· räume jeweils von zwei konvergierenden, hinterschneidungsfreien Kanälen 4 und 5 gebildet, von denen der Kanal 4 als Zuflußkanal dient und von der einen KoI benstirnwand 6 ausgeht und in den anderen Kanal 5 mündet. Dieser Kanal 5 dient als Abflußkanal und mündet in der anderen Kolbenstirnwand 7. Die Kühlflüssigkeit wird also bei radial nach außen gerichteten Beschleunigungskräften durch den Zuflußkanal 4 radial nach außen in den Abflußkanal 5 geschleudert und strömt anschließend unter der Wirkung radial nach innen gerichteter Beschleunigungskräfte durch den Abflußkanal 5 radial nach innen zu und in F i g. 1 nach links, von wo aus sie aus dem Kolben herausgeführt wird. Um bei radial nach innen gerichteten Beschlcunigungskräften ein Zurücktreten von Kühlflüssigkeit '«-' durch den Zuflußkana¹ 4 zu vermeiden, ist im Bereich der Einmündung des Zuflußkanals 4 die Breite des Abflußkanals 5 größer als die Breite des Zuflußkanals -J und außerdem liegt die Mündung des Zuflußkanals 4 in einem Abstand von der achsfernen Begrenzungswand 8 ^(>5 des Abflußkanals 5. Dies ist besonders deutlich aus F i g. 2 zu ersehen. Die aus dem Zuflußkanal 4 austretende Kühlflüssigkeit wird an die achsferne t>egrenzungswund 8 des Abflußkanals 5 geschleudert und strömt bei Weiterdrehung des Kolbens um die Mündung des Zuflußkanals 4 herum, ohne jdoch in den Zuflußkanal 4 zurückzutreten. Um auch in dem Moment, in dem die auf den Kolben wirkenden Beschleunigungskräfte ausschließlich radial nach innen gerichtet sind, ein derartiges Zurücktreten der Kühlflüssigkeit in den Zuflußkanal 4 zu verhindern, verläuft die achsferne Begrenzungswand 8 des Abflußkanals 5 schräg in bezug auf die Kolbendrehachse, wie dies aus F i g. 1 ersichtlich ist. Die achsferne Stelle 9, die den größten radialen Abstand von der Kolbendrehachse hat, ist dabei von der Mündung des Zuflußkanals 4 in Richtung auf die Kolbenstirnwand 7 axial versetzt, so daß die Kühlflüssigkeit, die sich bei der vorangegangenen radial nach außen wirkenden Beschleunigung in diesem Bereich gesammelt hat, nicht in den Zuflußkanal 4 zurückgeschleudert wird, sondern auf die radial innere Begrenzungsfläche 10 des Abflußkanals 5 auftrifft und seitlich abgeführt wird.According to the invention, the individual piston cavities are each formed by two converging, undercut-free channels 4 and 5, of which channel 4 serves as an inflow channel and from one piston end wall 6 emanates and opens into the other channel 5. This channel 5 serves as an outflow channel and opens into the other piston end wall 7. The cooling liquid is therefore thrown radially outward into the outflow channel 5 through the inflow channel 4 when accelerating forces are directed radially outwards and then flows through the outflow channel under the effect of radially inward acceleration forces 5 radially inwards and in FIG. 1 to the left, from where it is led out of the piston. In order to avoid a receding of cooling liquid '"-' through the inlet channel ¹ 4 in the case of radially inward acceleration forces, the width of the outlet channel 5 is greater than the width of the inlet channel -J in the area of the confluence of the inlet channel 4 and also the opening of the Inflow channel 4 at a distance from the off-axis boundary wall 8 ^(> 5 of the outflow channel 5. This can be seen particularly clearly from FIG As the piston continues to rotate, it flows around the mouth of the inflow channel 4, but without stepping back into the inflow channel 4. In order to prevent the cooling liquid from flowing back into the inflow channel at the moment when the acceleration forces acting on the piston are exclusively directed radially inward 4 to prevent the off-axis boundary wall 8 of the drainage channel 5 at an angle with respect to the K piston axis of rotation, as shown in FIG. 1 can be seen. The off-axis point 9, which has the greatest radial distance from the piston axis of rotation, is axially offset from the mouth of the inflow channel 4 in the direction of the piston end wall 7, so that the cooling liquid, which is in this area during the preceding radially outward acceleration has collected, is not thrown back into the inflow channel 4, but strikes the radially inner boundary surface 10 of the outflow channel 5 and is discharged laterally.

Die Zuflußkanäle 4 gehen von einer Ringnut 11 aus. die im Kolben nahe der Kolbenstirnwand 6 vorgesehen ist. Die in dieser Ringnut 11 strömende Kühlflüssigkeit bewirkt eine Kühlung des Kolbens in dem Bereich, in welchem die nicht gezeigten Axialdichtungen angeordnet sind. In entsprechender Weise ist in der anderen Kolbenstirnwand eine Ringnut 12 vorgesehen, in welche die Abflußkanäle 5 münden. Diese Ringnut 12 ist zwischen benachbarten Kolbenecken durch Stege 13 (Fig 2) unterbrochen. Die aus den einzelnen Abflußkanälen 5 in die Ringnut 12 übertretende Kühlflüssigeit wird an diesen Stegen 13 radial nach innen zu abgelenkt und in bekannter Weise durch entsprechende Kanäle in den Gehäuseseitenteilen abgeführt.The inflow channels 4 start from an annular groove 11. which is provided in the piston near the piston end wall 6. The cooling liquid flowing in this annular groove 11 causes the piston to cool in the area in which the axial seals (not shown) are arranged are. In a corresponding manner, an annular groove 12 is provided in the other piston end wall, in which the drainage channels 5 open. This annular groove 12 is formed by webs 13 between adjacent piston corners (Fig 2) interrupted. Those from the individual drains 5 cooling liquid which passes into the annular groove 12 is deflected radially inward at these webs 13 and discharged in a known manner through corresponding channels in the housing side parts.

Es sei nun auf Fi g. 4 bis 6 Bezug genommen, in der eine Form zur Herstellung des Kolbens im Kokillenguß dargestellt ist. Diese Form weist eine Außenform aiii. die beispielsweise aus drei Formteilen 14, 14a und 146 besteht, welche sich jeweils von Kolbenecke zu Kolbenecke erstrecken. Diese Außenform bildet jedoch keinen Teil der vorliegenden Erfindung. Für die Bildung der inneren Hohlräume des Kolbens sind zwei in entgegengesetzten Richtungen ziehbare Kerne 15 und 16 vorgesehen. Der Kern 15 weist drei Kernteile 17 auf, die mit ihren Fortsätzen 18 die Zuflußkanäle 4 bilden. Die innere Kontur des Kolbens zwischen den Zuflußkanälen 4 wird von drei weiteren Kernte'len 19 gebildet. Die Kernteile 17 und 19 liegen mit ebenen Flächen 20 bzw. 21 auf einem sechsflächigen Zentralstück 22 auf, welches die Form eines Pyramidenstumpfes hat. Von dem Zentralstück 22 werden die Kernteile 17 und 19 radial nach außen in ihre Gießstellung gedrückt, in der sie an einer Kernfühoingsbüchse 23 anlie gen.It is now on Fig. 4 to 6 referred to in the a mold for producing the piston in permanent mold casting is shown. This shape has an outer shape aiii. for example, made up of three molded parts 14, 14a and 146 exists, which each extend from piston corner to piston corner. However, this outer shape forms not part of the present invention. Two are needed to form the internal cavities of the piston Cores 15 and 16 which can be pulled in opposite directions are provided. The core 15 has three core parts 17, which form the inflow channels 4 with their extensions 18. The inner contour of the piston between the Inflow channels 4 are formed by three further core parts 19. The core parts 17 and 19 are flat Areas 20 and 21 on a hexagonal central piece 22, which has the shape of a truncated pyramid Has. From the central piece 22, the core parts 17 and 19 are pressed radially outward into their casting position, in which it was attached to a Kernfühoingsbüchse 23 gene.

Der Kern 16 enthält ebenfalls drei Kernteile 24, di< mit Fortsätzen 25 zur Bildung der Abflußkanäle 5 ver sehen sind. Zwischen diesen Kernteilen 24 sind Kern teile 26 zur Bildung der Innenbegrenzung des Kolben /wischen benachbarten Abflußkanälen angeordnet. Di Kernteile 24 und 26 sitzen mit ebenen Flächen 27 bzv 28 auf einem zweiten sechsflächigen Zentralstück 2 aul und sie werden von diesem radial nach außen a cine Kernführungsbüchse 30 angedrückt. Das Zentra stück 29 weist einen Fortsatz 31 auf. der die zentral Lageröffnung 3 des Kolbens begrenzt Nach dem Gu werden zunächst die Zentralstücke 22 und 29 in F i g. nach rechts bzw. links herausgezogen, dann werden d Kernteile 17 und 24 in Richtung der Pfeile a gezogcThe core 16 also contains three core parts 24, di <with extensions 25 to form the drainage channels 5 are seen ver. Between these core parts 24 core parts 26 are arranged to form the inner limit of the piston / between adjacent drainage channels. The core parts 24 and 26 sit with flat surfaces 27 and 28 respectively on a second hexagonal central piece 2 and they are pressed onto a core guide bushing 30 radially outward by this. The center piece 29 has an extension 31. which delimits the central bearing opening 3 of the piston. After the GU, the central pieces 22 and 29 are first shown in FIG. pulled out to the right or left, then d core parts 17 and 24 are pulled in the direction of arrows a

und hierauf können die verbleibenden Kernteile 19 und 26 in Richtung der Pfeile b gezogen werden. Nach Zurückziehen der Außenformteile 14, 14a und 14b liegt der Gußrohling frei, und er kann nun fertigbearbeitet werden.and then the remaining core parts 19 and 26 can be pulled in the direction of arrows b. After the outer mold parts 14, 14a and 14b have been withdrawn, the cast blank is exposed and it can now be finished.

Hierzu 5 Blatt ZeichnungenIn addition 5 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Polygonal, liquid-cooled piston for rotary piston machines of trochoid design, which is provided with inflow and outflow channels in the area of the piston corners, in which the cooling liquid is guided from one piston end wall to the other piston end wall, characterized in that that the inflow and outflow channels (4, 5) each converging towards the interior of the piston, have undercut-free walls that the inflow channel (4) into the outflow channel (5) opens that in the area of the confluence of the inflow channel (4) in the piston circumferential direction the width of the outflow channel (5) is greater than the width of the inflow channel (4) and that the mouth of the inflow channel (4) is at a distance from the off-axis boundary wall (8) of the drainage channel (5).

2. Piston according to claim 1, characterized in that the delimiting wall remote from the axis (8) of the discharge channel (5) runs obliquely to the piston axis of rotation, in such a way that its point (9) furthest from the axis of the mouth of the inflow channel (4) is axially offset in the direction of the other piston end wall (7).

3. Piston according to claim 1 or 2, characterized in that the inflow channels (4) of one Go out annular groove (11) which is provided in the piston (1) near the one piston end wall (6), and that the discharge channels (5) open into an annular groove (12) in the piston (1) near the other piston end wall (7) is provided and is interrupted between adjacent piston corners (2) by webs (13).

4. Tool for producing a triangular piston according to one of claims 1 to 3 in permanent mold casting, characterized by two cores (15, 16) which can be pulled in opposite directions, of which one core (15) has a hexagonal central piece (22) and three arranged around it Core parts (17) for the formation of the three inflow channels

(4) and three core parts (19) to form the inner piston contour between the inflow channels (4), and the other core (16) has a hexahedral central piece (29) and three arranged around it Core parts (24) for the formation of the drainage channels (5) and three core parts (26) for the formation of the inner piston contour between the drainage channels

(5), one of the central pieces (22, 29) having a core (31) for forming the central bearing opening (3) of the piston (1) carries or forms itself.