DE3733910A1 - Piston for internal combustion engines - Google Patents

Piston for internal combustion engines

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Abstract

The invention relates to a piston for internal combustion engines with an insert (4, 9, 11, 13, 15) of greater strength than the material of the piston (1), which insert is located in the wall of the piston pin bore (5, 8, 12, 16). In order, in the said piston, to avoid the risk of boss cracking on the circumference of the piston pin bore by simple means and without substantially increasing the weight of the piston or adversely affecting the free movement of the crankshaft drive, the insert has a thickness varying over the circumference of the said bore, measured in its radial direction, which in the more highly stressed circumferential areas of the bore wall is greater than in other circumferential areas. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolben für Brennkraftmaschinen mit einem Einsatz aus einem Werkstoff mit höherer Festigkeit als der Werkstoff des übrigen Kolbens, welcher Einsatz sich an der Wandung der Kolbenbolzenbohrung befindet.The invention relates to a piston for Internal combustion engines with an insert made of one material with higher strength than the material of the rest Piston, what use is on the wall of the Piston pin bore is located.

Derartige Kolben sind z.B. durch die DE-AS 12 91 955 und DE-AS 28 28 402 bekannt, bei welchen die Bolzenbohrung über ihren gesamten Umfang in gleichmäßiger Dicke mit einem höherfesten Werkstoff ausgekleidet oder mit einer Buchse aus hochfestem Werkstoff versehen ist. Diese koaxial zur Kolbenbolzenbohrung angeordnete Auskleidung bzw. Buchse dient u.a. dazu, Nabenanrisse in der Kolbenbolzenbohrung zu vermeiden, die durch stellenweise Überbelastung der Bolzennaben entstehen können. Diese stellenweise Überbelastung der Bolzennaben entsteht dadurch, daß die beim Betrieb der Brennkraftmaschine auf den Boden des Kolbens wirkenden Gaskräfte über den Kolbenbolzen auf das Pleuel zum Antrieb der Kurbelwelle weitergeleitet werden, wobei die auf den Kolbenbolzen einwirkenden Kräfte diesen Bolzen periodisch verbiegen. Dadurch wird die Wandung der Kolbenbolzenbohrung in ihrem oberen Scheitel und insbesondere an ihren Enden übermäßig hochbelastet, was zu Nabenanrissen führen kann. Such pistons are e.g. by DE-AS 12 91 955 and DE-AS 28 28 402 known in which the bolt bore with uniform thickness over their entire circumference lined with a higher strength material or with a Bush made of high-strength material is provided. These Lining arranged coaxially to the piston pin bore or socket serves among other things addition, hub cracks in the Avoid piston pin bores caused by spots Overloading of the pin hubs can occur. These pin hubs are overloaded in places characterized in that when the internal combustion engine is operating the bottom of the piston acting gas forces over the Piston pin on the connecting rod to drive the crankshaft be forwarded, being on the piston pin Bending forces periodically bend this bolt. As a result, the wall of the piston pin bore in her upper vertex and especially excessive at their ends highly stressed, which can lead to hub cracks.  

Eine Vergrößerung des Bolzendurchmessers zur Verminderung der Bolzendurchbiegung und der damit gleichzeitig einhergehenden Verringerung der Flächenpressung ist wegen der Forderung nach kleinsten bewegten Massen bei Verbrennungskraftmaschinen nicht möglich, da die Forderung nach Massenreduzierung auch den Kolbenbolzen einschließt. Außerdem scheidet eine Vergrößerung des Bolzendurchmessers oftmals schon deshalb aus, weil bei einer solchen Durchmesservergrößerung der Freigang des Kurbeltriebs nicht mehr möglich wäre.An increase in the pin diameter for reduction the bolt deflection and with it at the same time accompanying reduction in surface pressure is due to the demand for the smallest moving masses Internal combustion engines not possible because of the requirement includes piston pin after mass reduction. There is also an increase in the bolt diameter often because of such Enlargement of the clearance of the crank mechanism would no longer be possible.

Um mit einem kleineren Bolzendurchmesser auszukommen, hat man zur Vermiedung von zu hohen Flächenpressungen und dadurch entstehenden Nabenanrissen die Bolzenbohrungen, wie oben erwähnt, mit einem höherfesten Werkstoff über den Umfang gleichmäßig ausgekleidet oder mit Buchsen aus hochfestem Werkstoff ausgestattet. Doch die damit erreichten Vorteile wurden durch Nachteile, wie Massenerhöhung, Vergrößerung des Bolzenauges und dgl. kompensiert.In order to get by with a smaller pin diameter to avoid excessive surface pressures and resulting hub cracks the bolt holes, as mentioned above, with a higher strength material over the Scope lined evenly or with bushings high-strength material. But with that Advantages achieved by disadvantages such as Mass increase, enlargement of the bolt eye and the like. compensated.

Es ist auch bereits bekanntgeworden, bei einem Kolben der eingangs genannten Gattung Lagersegmente für den Kolbenbolzen gezielt im Bereich der größten Belastung der Kolbenbolzenbohrung anzuordnen (EP-A3-00 33 989). Dabei werden Lagerwerkstoffteile unter Ausbildung einer intermetallischen Bindung (Alfin-Verbindung) in die Kolbenbolzenbohrung segmentartig und koaxial zur Bolzenbohrung eingegossen, die an ihrem Außenumfang mit einer chemisch oder galvanisch abgeschiedenen Eisenschicht überzogen und an der Berührungsfläche zwischen Eisen- und Kolbenwerkstoff über eine intermetallische Zwischenschicht mit dem Kolbenwerkstoff verbunden werden. Diese bekannte stellenweise Armierung der Kolbenbolzenbohrung ist aber mit erheblichen herstellungstechnischen Problemen verbunden.It has also become known for a piston bearing segments for the Piston pin targeted in the area of the greatest load Arrange the piston pin bore (EP-A3-00 33 989). Here become bearing material parts with the formation of a intermetallic bond (alfin compound) in the Piston pin bore segment-like and coaxial to Bolt hole cast, which on its outer circumference a chemically or galvanically deposited iron layer coated and at the interface between iron and Piston material over an intermetallic intermediate layer be connected to the piston material. This well-known in places, however, the piston pin bore is reinforced  with significant manufacturing problems connected.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kolben der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei welchem die Gefahr von Nabenanrissen am Umfang der Kolbenbolzenbohrung ohne wesentliche Gewichtserhöhung des Kolbens und ohne Beeinträchtigung des Freigangs des Kurbeltriebs auf konstruktiv und verfahrenstechnisch möglichst einfache, in der Kolbenherstellung problemlose Weise vermieden ist.The invention is therefore based on the object To create pistons of the type mentioned at which the risk of hub cracks on the circumference of the Piston pin bore without significantly increasing the weight of the Piston and without impairing the clearance of the Crank drive on constructive and procedural as simple as possible, easy to manufacture the pistons Way is avoided.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Einsatz eine über den Umfang der Bohrung, in deren Radialrichtung gemessen, variierende Dicke hat, die in höherbelasteten Umfangsbereichen der Bohrungswandung, beispielsweise im oberen Scheitelbereich, größer ist als in anderen Umfangsbereichen. Die Herstellung einer solchen Auskleidung mit unterschiedlicher Dicke kann auf herstellungstechnisch einfache Weise dadurch erhalten werden, daß der Einsatz vorzugsweise in einer Ausnehmung in der Wand der Kolbenbolzenbohrung durch Auftragsschweißen gebildet wird oder als vorgefertigter Einsatzkörper in den Kolben eingebaut wird, und zwar so, daß ein Teil von ihm vor Fertigbearbeitung der Kolbenbolzenbohrung in diese hineinragt, der bei Fertigbearbeitung der Bohrung entfernt wird. Hierdurch wird eine Auskleidung der Wandung der Bolzenbohrung mit höherfestem Werkstoff in den hochbelasteten Bereichen der Kolbenbolzenbohrung erreicht, ohne daß dabei der für die Abreißfestigkeit maßgebliche kritische Querschnitt der Bolzennabe gemindert ist. Die Bolzenbohrung wird also an ihren rißgefährdeten Stellen mit geringstmöglichem Mehrgewicht ohne Beeinträchtigung der Abreißfestigkeit und bzw. oder der Freigangverhältnisse des Kurbeltriebes ausreichend armiert, wobei auch die Möglichkeit besteht, die Bolzenbohrung mit bekannten Side-Reliefs, also als Schmiermitteltaschen wirkenden Aussparungen, zu versehen und diese so anzuordnen, daß sie den Bereich des Materialüberganges vom Kolbengrundwerkstoff zum Einsatz überdecken.This object is achieved in that the Use one over the circumference of the hole in its Radial measured, has varying thickness, which in peripheral areas of the bore wall subject to higher loads, for example in the upper vertex area, is greater than in other areas. The making of such Lining with different thickness can be on obtained in a technically simple manner be that the insert is preferably in a recess in the wall of the piston pin bore Cladding is formed or as a prefabricated Insert body is installed in the piston, in such a way that that part of him before finishing the Piston pin bore protrudes into this, which at Finishing the hole is removed. Hereby is a lining of the wall of the bolt hole higher strength material in the highly stressed areas of Piston pin bore reached without the for the Tear resistance decisive critical cross section of the Pin hub is reduced. The bolt hole will be on their crack-prone areas with the least possible Extra weight without impairing the tear resistance and or or the clearance ratios of the crank mechanism  sufficiently reinforced, with the possibility of the bolt hole with known side reliefs, so as Grease pockets acting recesses and arrange them so that they cover the area of the Material transfer from the piston base material to use cover up.

Beim erfindungsgemäßen Kolben kann der Einsatz durch Reibschweißen oder durch Löten, Kleben, Schrumpfen oder Fressen im Kolben befestigt sein. Zweckmäßig besteht der Einsatz aus einem Bolzen, einer Hülse od. dgl., der bzw. die exzentrisch oder im Winkel zur Kolbenbolzenbohrung in den Kolben eingebaut ist.In the piston according to the invention, the insert can be Friction welding or by soldering, gluing, shrinking or Eating in the piston. Appropriately, there is Insert from a bolt, a sleeve or the like, which or which are eccentric or at an angle to the piston pin bore in the piston is installed.

Um ein Loslösen des zur Armierung der Wandung der Kolbenbolzenbohrung dienenden Einsatzes aufgrund thermischer Belastung zu verhindern, ist es vorteilhaft, für den Einsatz einen höherfesten Werkstoff mit einem dem Grundwerkstoff des Kolbens angepaßten Ausdehnungskoeffizienten zu verwenden.In order to detach the reinforcement of the wall of the Piston pin bore serving use to prevent thermal stress, it is advantageous for use a higher strength material with a Base material of the piston adapted To use expansion coefficients.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Kolbens, welches darin besteht, daß der Einsatz als vorgefertigter Bauteil oder durch Auftragsschweißen in den Kolbenrohling so eingearbeitet wird, daß er zumindest teilweise in den Bereich der anschließend herzustellenden Kolbenbolzenbohrung hineinragt, und daß daraufhin dieser hineinragende Teil des Einsatzes z.B. durch spanabhebende Bearbeitung entfernt wird. Dies kann bei der Fertigung der Kolbenbolzenbohrung erfolgen. Der Bolzen- oder Hülsenform besitzende Einsatz kann mit seiner Achse zu derjenigen der vorgesehenen Kolbenbolzenbohrung radial in Richtung höherer Belastung der Bohrungswandung versetzt oder unter einem Winkel zur Kolbenbolzenbohrung in den Kolbenrohling eingebaut werden, worauf die Kolbenbolzenbohrung exzentrisch in diesen Einsatz eingearbeitet werden kann.The invention also relates to a method of manufacture of the piston according to the invention, which consists in that use as a prefabricated component or through Cladding welded into the piston blank in this way is that he is at least partially in the area of piston pin bore to be subsequently produced protrudes, and then this protruding part use e.g. through machining Will get removed. This can occur in the manufacture of the Piston pin bore. The bolt or sleeve shape Possessing use with its axis to that of provided piston pin bore radially in the direction higher loading of the bore wall offset or under an angle to the piston pin bore in the piston blank  be installed, whereupon the piston pin bore can be incorporated eccentrically into this application.

Weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Kolbens und des zu seiner Herstellung dienenden Verfahrens ergeben sich aus der folgenden Beschreibung besonders zweckmäßiger Ausführungsformen dieses Kolbens, die im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben werden:Further details of the piston according to the invention and the process used to produce it from the following description particularly useful Embodiments of this piston, based on the following the drawing are described in more detail:

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kolbens in zwei um 90° zueinander versetzten Seitenansichten, teilweise aufgeschnitten dargestellt, in noch nicht fertigbearbeitetem Zustand; Fig. 1 shows a first embodiment of the piston according to the invention in two side views offset by 90 ° to one another, shown partially cut away, in a not yet finished state;

Fig. 2 zeigt die Ausführungsform gemäß Fig. 1 in den gleichen beiden Seitenansichten in fertigbearbeitetem Zustand; FIG. 2 shows the embodiment according to FIG. 1 in the same two side views in the finished state;

Fig. 3 veranschaulicht eine zweite Ausführungsform, ebenfalls in zwei Seitenansichten, die denjenigen von Fig. 1 und 2 entsprechen, in noch nicht fertigbearbeitetem Zustand; Fig. 3 illustrates a second embodiment, also in two side views corresponding to those of Figs. 1 and 2, in a not finished state;

Fig. 4 zeigt die Ausführungsform nach Fig. 3 in den gleichen Seitenansichten in fertigbearbeitetem Zustand; Fig. 4 shows the embodiment of Figure 3 in the same side views in the finished state.

Fig. 5 zeigt eine dritte, fertigbearbeitete Ausführungsform des Kolbens in zwei Seitenansichten, die denjenigen der vorherigen Figuren entsprechen; Fig. 5 shows a third, finished embodiment of the piston in two side views corresponding to those of the previous figures;

Fig. 6, 7, 8, 9 und 10 zeigen vier weitere, fertigbearbeitete Ausführungsformen in der gleichen Darstellungsweise wie die übrigen Figuren. Fig. 6, 7, 8, 9 and 10 show four additional embodiments finished in the same representation as the other figures.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 und 2 sind die Bolzennaben 2 des Kolbens 1 zunächst bei der Kolbenherstellung mit einer Bohrung 3 versehen worden, deren Mittelpunkt auf der Linie A-A liegt, die um das Maß a gegenüber der Achslinie B-B der später herzustellenden Bolzenbohrung 5 in Richtung zu deren oberen Scheitelbereich versetzt ist. Die Bohrung 3 hat einen Durchmesser, der dem Durchmesser der Kolbenbolzenbohrung 5 entspricht. In die Bohrung 3 wird bei der weiteren Fertigung des Kolbens ein Einsatz 4 spiellos eingesetzt und in der Bohrung befestigt, der aus einem Werkstoff von höherer Festigkeit als der Werkstoff des Kolbens 1 besteht. Dieser bei der dargestellten Ausführungsform kreisrunde bzw. bolzenförmige Einsatz 4 kann durch Reibschweißen, durch Löten, Kleben oder Fressen im Kolben befestigt werden. Anschließend wird aus dem Kolben die Kolbenbolzenbohrung 5 durch Bohren oder ein anderes Verfahren herausgearbeitet. Da diese Kolbenbolzenbohrung mit ihrer Achse B-B um das Maß a zur Achse A-A des Einsatzes 4 versetzt ist, wird dabei der Großteil des Einsatzes und ein Teil 6 des unteren Scheitels der Nabe 2 entfernt. Dabei verbleibt im oberen Scheitelbereich der Kolbenbolzenbohrung ein Teil 4 a des Einsatzes im Kolben 1, so daß dort die Wandung der Kolbenbolzenbohrung durch den höherfesten Werkstoff des Einsatzteiles 4 a armiert ist.In the exemplary embodiment according to FIGS . 1 and 2, the pin bosses 2 of the piston 1 were initially provided with a hole 3 during piston manufacture, the center of which lies on the line AA , which is dimension a compared to the axis line BB of the pin hole 5 to be produced later Direction is offset to the upper vertex. The bore 3 has a diameter which corresponds to the diameter of the piston pin bore 5 . In the bore 3 of the piston, an insert 4 is inserted without play and secured in the bore in the further production, which consists of a material of higher strength than the material of the piston. 1 This insert 4 , which is circular or bolt-shaped in the embodiment shown, can be fastened in the piston by friction welding, by soldering, gluing or seizing. The piston pin bore 5 is then worked out of the piston by drilling or another method. Since this piston pin bore is offset with its axis BB by the distance a to the axis AA of the insert 4, while the majority portion of the insert, and a part 6 of the lower apex of the boss 2 is removed. A part 4 a of the insert in the piston 1 remains in the upper apex region of the piston pin bore, so that there the wall of the piston pin bore is reinforced by the higher-strength material of the insert part 4 a .

In diesem oberen Scheitelbereich findet beim Betrieb der Brennkraftmaschine in der Regel durch die bei der Kolbenbewegung auftretende Verbiegung des Kolbenbolzens eine erhöhte Flächenpressung statt, die durch den höherfesten Werkstoff des Einsatzteiles 4 a ohne Gefahr des Entstehens von Nabenanrissen aufgenommen werden kann.In this upper apex area, when the internal combustion engine is operating, there is generally an increased surface pressure due to the bending of the piston pin, which can be absorbed by the higher-strength material of the insert part 4 a without the risk of hub cracks.

Nach der Fertigstellung der Kolbenbolzenbohrung wird in deren Wandung noch eine Ringnut 10 eingearbeitet, die zur Aufnahme eines Sprengringes für die axiale Halterung des Kolbenbolzens in der Bohrung 5 dient.After completion of the piston pin bore, an annular groove 10 is also worked into the wall thereof, which is used to receive a snap ring for the axial retention of the piston pin in the bore 5 .

Je nach Kolbentyp und gegebener Belastung der Bolzennabe kann es zweckmäßig sein, einen Einsatz von anderem Durchmesser oder anderer Gestalt oder in anderer Lage als denjenigen gemäß Fig. 1 und 2 einzusetzen.Depending on the piston type and the given load on the pin hub, it may be expedient to use an insert of a different diameter or shape or in a different position than that shown in FIGS. 1 and 2.

Da bei der in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform der Durchmesser d 2 der Bohrung 3 dem Durchmesser d 1 der fertigen Kolbenbolzenbohrung 5 entspricht, ergibt sich im Querschnitt durch die Kolbenbolzenbohrung die im rechten Teil von Fig. 2 gezeigte Konfiguration.Since in the embodiment shown in FIGS. 1 and 2 the diameter d 2 of the bore 3 corresponds to the diameter d 1 of the finished piston pin bore 5 , the configuration shown in the right part of FIG. 2 results in cross section through the piston pin bore.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 und 4 ist in die Nabe 2 des Kolbenrohlings 1 nach dessen Gießen eine Bohrung 7 mit Bohrungsachse A eingearbeitet, die im Längsschnitt durch die Bohrung gegenüber der später gefertigten Kolbenbolzenbohrung 8 in Richtung der Innenfläche der Nabe 2 zur Kolbenkrone hin im Winkel alpha ansteigt, wobei die Achse A an der Außenfläche der Nabe in Fig. 2 unter der Achse B der Kolbenbolzenbohrung 8 und an der Innenfläche der Nabe oberhalb dieser Achse B liegt. In diese Bohrung 7 wird dann ein bolzenförmiger Einsatz 9 aus höherfestem Werkstoff durch Reibschweißen, Löten, Kleben oder Pressen befestigt. Anschließend wird die Kolbenbolzenbohrung 8 aus dem Material der Nabe 2 und des Einsatzes 9 herausgearbeitet, wobei an der Außenseite der Nabe am unteren Scheitel der Kolbenbolzenbohrung ein Teil 9 a und an der Innenseite der Nabe am oberen Scheitel der Kolbenbolzenbohrung 8 ein Teil 9 b des Einsatzes im Kolben verbleibt.In the embodiment according to FIGS. 3 and 4, a bore 7 with bore axis A is machined into the hub 2 of the piston blank 1 after it has been cast, which in longitudinal section through the bore compared to the piston pin bore 8 produced later in the direction of the inner surface of the hub 2 toward the piston crown increases at an angle alpha, the axis A lying on the outer surface of the hub in FIG. 2 below the axis B of the piston pin bore 8 and on the inner surface of the hub above this axis B. A bolt-shaped insert 9 made of a higher-strength material is then fastened in this bore 7 by friction welding, soldering, gluing or pressing. Subsequently, the piston pin bore 8 is machined out of the material of the hub 2 and the insert 9 , part 9 a on the outside of the hub at the lower vertex of the piston pin bore and part 9 b of the insert on the inside of the hub at the upper vertex of the piston pin bore 8 remains in the flask.

Diese Ausführungsform ist zweckmäßig, wenn aus Gründen der auftretenden Belastung an der Wandung der Kolbenbolzenbohrung nicht nur im oberen Scheitelbereich, sondern an der Außenseite der Nabe 2 auch im unteren Scheitelbereich eine Armierung der Wandung der Kolbenbolzenbohrung 8 mit einem höherfesten Werkstoff zweckmäßig oder notwendig ist.This embodiment is expedient if, for reasons of the stress occurring on the wall of the piston pin bore, reinforcement of the wall of the piston pin bore 8 with a high-strength material is expedient or necessary not only in the upper apex region but also on the outside of the hub 2 in the lower apex region.

Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform ist in die Nabe 2 des Kolbens 1 ein bolzenförmiger Einsatz 11 aus höherfestem Werkstoff in gleicher Weise wie der Einsatz 4 bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 und 2 eingearbeitet, der sich von dem Einsatz 4 jedoch dadurch unterscheidet, daß sein Durchmesser d 2 kleiner als der Durchmesser d 1 der Kolbenbolzenbohrung 12 ist. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6 und 7 hat dieser mit einem Teil nur im Scheitelbereich der Kolbenbolzenbohrung verbleibende Einsatz 11 wesentlich kleineren Durchmesser d 2 als die Kolbenbolzenbohrung 12 mit Durchmesser d 1, wobei die Anordnung des Einsatzes so getroffen ist, daß er im Bereich der Wandung der Kolbenbolzenbohrung von dem Material der Bolzennabe 2 hinterschnitten und damit formschlüssig im Kolben gehalten ist. In diesem Falle erstreckt sich der ursprüngliche bolzenförmige Einsatz 11 mit seiner Achse, wie bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 1, 2 und 5, parallel zur Achse der Kolbenbolzenbohrung 12.In the embodiment shown in FIG. 5, a bolt-shaped insert 11 made of a higher-strength material is incorporated into the hub 2 of the piston 1 in the same way as the insert 4 in the embodiment according to FIGS. 1 and 2, but differs from the insert 4 in this way that its diameter d 2 is smaller than the diameter d 1 of the piston pin bore 12 . In the embodiment according to FIGS. 6 and 7, this with a part of the insert 11 remaining only in the apex region of the piston pin bore has a significantly smaller diameter d 2 than the piston pin bore 12 with diameter d 1 , the arrangement of the insert being such that it is in the region of the The wall of the piston pin bore is undercut by the material of the pin hub 2 and is thus held in the piston in a form-fitting manner. In this case, the original bolt-shaped insert 11 extends with its axis, as in the embodiments according to FIGS. 1, 2 and 5, parallel to the axis of the piston pin bore 12 .

Auch bei der Ausführungsform gemäß Fig. 7 ist ein bolzenförmiger Einsatz 13 verwendet, dessen Außendurchmesser d 2 wesentlich kleiner ist als der Durchmesser d 1 der Kolbenbolzenbohrung 14. Bei dieser Ausführungsform ist der Einsatz 13 in ähnlicher Weise wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 und 4 mit seiner Achse schräg zur Achse der Kolbenbolzenbohrung 14 in den Kolben 1 eingearbeitet, so daß der im oberen Scheitelbereich der Wandung der Kolbenbolzenbohrung befindliche und nach Fertigung dieser Bohrung im Kolbenmaterial verbleibende und formschlüssig gehaltene Teil des Einsatzes eine zur Innenseite der Bolzennabe 2 zunehmende Dicke hat.A bolt-shaped insert 13 is also used in the embodiment according to FIG. 7, the outer diameter d 2 of which is considerably smaller than the diameter d 1 of the piston pin bore 14 . In this embodiment, the insert 13 is incorporated in the piston 1 in a manner similar to that in the embodiment according to FIGS. 3 and 4 with its axis oblique to the axis of the piston pin bore 14 , so that the piston pin bore located in the upper apex region of the wall and after production thereof Bore in the piston material remaining and positively held part of the insert has an increasing thickness toward the inside of the pin boss 2 .

Auch bei der Ausführungsform gemäß Fig. 8 erstreckt sich der bolzenförmige Einsatz 15 mit seiner etwas oberhalb der fertigen Kolbenbolzenbohrung 16 befindlichen Achse parallel zur Achse der Kolbenbolzenbohrung. Dabei ist dieser Einsatz 15 jedoch so angeordnet und hat einen um so viel größeren Außendurchmesser d 2 als die Kolbenbolzenbohrung 16 mit Durchmesser d 1, daß sein nach Fertigung der Kolbenbolzenbohrung im Kolben 1 verbleibender Teil die Kolbenbolzenbohrung an deren gesamten Kreisumfang umgibt, wobei der verbleibende Teil des Einsatzes im oberen Scheitelbereich der Kolbenbolzenbohrung größere Dicke als im unteren Scheitelbereich der Bohrung hat.Also in the embodiment according to FIG. 8, the pin-shaped insert 15 extends with its axis located somewhat above the finished piston pin bore 16 parallel to the axis of the piston pin bore. Here, however, this insert 15 is arranged and has an outer diameter d 2 that is so much larger than the piston pin bore 16 with diameter d 1 that its part remaining after the piston pin bore has been made in the piston 1 surrounds the piston pin bore on its entire circumference, the remaining part of the insert in the upper crown area of the piston pin bore has a greater thickness than in the lower crown area of the bore.

Fig. 9 der Zeichnung zeigt eine Ausführungsform, die hinsichtlich des Einsatzes 17 mit derjenigen gemäß Fig. 1 und 2 übereinstimmt. Die Ausführungsform gemäß Fig. 9 unterscheidet sich von derjenigen gemäß Fig. 1 und 2 nur dadurch, daß in der Oberfläche der Kolbenbolzenbohrung 5 im Bereich des Übergangs vom Material des Einsatzes 4 bzw. 4 a zum Grundmaterial des Kolbens Aussparungen, sogenannte Side-Reliefs 17, ausgebildet sind, die als Schmiermitteltaschen wirken. Außer dem Schmiereffekt wird dadurch erreicht, daß die Materialübergangskante 18 gegenüber der Oberfläche 17 der Kolbenbolzenbohrung in die Nabenwand hinein versetzt ist und so weder bei der Feinbearbeitung der Bolzenbohrung noch bei der späteren Gleitbeanspruchung durch den Kolbenbolzen stört. FIG. 9 of the drawing shows an embodiment which corresponds to that according to FIGS. 1 and 2 with regard to the insert 17 . The embodiment according to FIG. 9 differs from that according to FIGS. 1 and 2 only in that in the surface of the piston pin bore 5 in the area of the transition from the material of the insert 4 or 4 a to the base material of the piston, so-called side reliefs 17 , are formed, which act as lubricant pockets. In addition to the lubricating effect is achieved in that the material transition edge 18 opposite the surface 17 of the piston pin bore is offset in the hub wall into and disturbs so neither in the finish machining the pin bore even in the subsequent sliding load by the piston pin.

Bei der in Fig. 10 gezeigten Ausführungsform ist in der die Kolbenbolzenbohrung 5 aufweisenden Nabe 2 des Kolbens 1 im oberen Scheitelbereich der Kolbenbolzenbohrung eine Ausnehmung 19 vorgesehen, die in Achsrichtung der Kolbenbolzenbohrung zur Kolbenachse X hin sich im Querschnitt vergrößert. In diese Ausnehmung 19 ist durch Auftragsschweißen ein Einsatz 20 aus einem Material mit höherer Festigkeit als der Werkstoff des Kolbens 1 eingebracht, wodurch hier wiederum, wie bei den anderen Ausführungsbeispielen, eine stellenweise Armierung der Wandung der Kolbenbolzenbohrung in den höchstbelasteten Bereichen erzielt ist.In the embodiment shown in FIG. 10, a recess 19 is provided in the hub 2 of the piston 1, which has the piston pin bore 5 , in the upper apex region of the piston pin bore, which increases in cross section in the axial direction of the piston pin bore toward the piston axis X. An insert 20 made of a material with a higher strength than the material of the piston 1 is introduced into this recess 19 by build-up welding, which in turn, as in the other exemplary embodiments, reinforces the wall of the piston pin bore in places in the most highly stressed areas.

Claims (18)

1. Kolben für Brennkraftmaschinen mit einem Einsatz aus einem Werkstoff mit höherer Festigkeit als der Werkstoff des übrigen Kolbens, welcher Einsatz sich in der Wandung der Kolbenbolzenbohrung befindet, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (4, 9, 11, 15) eine über den Umfang dieser Bohrung (5, 8, 12, 16), in deren Radialrichtung gemessen, variierende Dicke hat, die in höherbelasteten Umfangsbereichen der Bohrungswandung größer ist als in anderen Umfangsbereichen.1. Piston for internal combustion engines with an insert made of a material with a higher strength than the material of the rest of the piston, which insert is located in the wall of the piston pin bore, characterized in that the insert ( 4 , 9 , 11 , 15 ) has a circumference this bore ( 5 , 8 , 12 , 16 ), measured in the radial direction thereof, has a varying thickness, which is larger in higher-loaded peripheral regions of the bore wall than in other peripheral regions. 2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz durch Reibschweißen im Kolben befestigt ist.2. Piston according to claim 1, characterized in that the insert is fixed in the piston by friction welding is. 3. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz durch Auftragsschweißen gebildet ist.3. Piston according to claim 1, characterized in that the insert is formed by cladding. 4. Kolben nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz in einer Ausnehmung sitzt, die in der Wand der Kolbenbolzenbohrung (5, 8, 12, 16) des Kolbenrohlings ausgebildet ist. 4. Piston according to claim 3, characterized in that the insert sits in a recess which is formed in the wall of the piston pin bore ( 5 , 8 , 12 , 16 ) of the piston blank. 5. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz durch Löten, Kleben, Schrumpfen oder Pressen im Kolben befestigt ist.5. Piston according to claim 1, characterized in that use by soldering, gluing, shrinking or Pressing is fixed in the piston. 6. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (4, 9, 11, 13, 15) so in den Kolben eingebaut ist, daß ein Teil von ihm vor der Fertigbearbeitung der Kolbenbolzenbohrung in den Bereich der Kolbenbolzenbohrung hineinragt.6. Piston according to claim 1, characterized in that the insert ( 4 , 9 , 11 , 13 , 15 ) is installed in the piston so that a part of it protrudes into the region of the piston pin bore before the piston pin bore is finished. 7. Kolben nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (4, 9, 11, 13, 15) aus dem Abschnitt eines Bolzens, einer Hülse od. dgl. besteht, der bzw. die exzentrisch oder im Winkel zur Kolbenbolzenbohrung (5, 8, 12, 16) in den Kolben (1) eingebaut ist.7. Piston according to claim 6, characterized in that the insert ( 4 , 9 , 11 , 13 , 15 ) consists of the section of a bolt, a sleeve or the like., The or the eccentric or at an angle to the piston pin bore ( 5th , 8 , 12 , 16 ) is installed in the piston ( 1 ). 8. Kolben nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Maß des Außendurchmessers des bolzen- oder hülsenförmigen Einsatzes etwa gleich groß ist wie der Durchmesser der Kolbenbolzenbohrung (Fig. 1 und 2).8. Piston according to claim 7, characterized in that the dimension of the outer diameter of the bolt or sleeve-shaped insert is approximately the same size as the diameter of the piston pin bore ( Fig. 1 and 2). 9. Kolben nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Maß des Außendurchmessers des bolzen- oder hülsenförmigen Einsatzes kleiner als der Durchmesser der Kolbenbolzenbohrung ist (Fig. 5).9. Piston according to claim 7, characterized in that the dimension of the outer diameter of the bolt-shaped or sleeve-shaped insert is smaller than the diameter of the piston pin bore ( Fig. 5). 10. Kolben nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Maß des Außendurchmessers des bolzen- oder hülsenförmigen Einsatzes kleiner als die Hälfte des Maßes des Durchmessers der Kolbenbolzenbohrung ist (Fig. 6 und 7). 10. Piston according to claim 9, characterized in that the dimension of the outer diameter of the bolt-shaped or sleeve-shaped insert is less than half the dimension of the diameter of the piston pin bore ( Fig. 6 and 7). 11. Kolben nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Maß des Außendurchmessers des bolzen- oder hülsenförmigen Einsatzes größer als der Durchmesser der Kolbenbolzenbohrung ist (Fig. 8).11. Piston according to claim 7, characterized in that the dimension of the outer diameter of the bolt-shaped or sleeve-shaped insert is larger than the diameter of the piston pin bore ( Fig. 8). 12. Kolben nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (15) die Kolbenbolzenbohrung (16) an deren gesamten Kreisumfang umgibt (Fig. 8).12. Piston according to claim 11, characterized in that the insert ( 15 ) surrounds the piston pin bore ( 16 ) over its entire circumference ( Fig. 8). 13. Kolben nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an den Stellen des Überganges vom Material des Einsatzes zum Kolbengrundmaterial in der Oberfläche der Kolbenbolzenbohrung Aussparungen (17) in der Art von Schmiermitteltaschen angeordnet sind (Fig. 9).13. Piston according to claim 7, characterized in that at the points of transition from the material of the insert to the piston base material in the surface of the piston pin bore recesses ( 17 ) are arranged in the manner of lubricant pockets ( Fig. 9). 14. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz im Bereich der Wandung der Kolbenbolzenbohrung von dem Material des Kolbens (1) hinterschnitten ist (Fig. 6 und 7).14. Piston according to claim 1, characterized in that the insert in the region of the wall of the piston pin bore is undercut by the material of the piston ( 1 ) ( FIGS. 6 and 7). 15. Verfahren zur Herstellung eines Kolbens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz so in den Kolbenrohling eingebracht wird, daß er zumindest teilweise in den Bereich der anschließend herzustellenden Kolbenbolzenbohrung hineinragt, und daß daraufhin dieser hineinragende Teil des Einsatzes z.B. durch spanabhebende Bearbeitung entfernt wird.15. A method for producing a piston according to a or more of claims 1 to 14, characterized characterized that the use in the Piston blank is introduced that he at least partially in the area of subsequently Piston pin bore to be produced protrudes, and that then this protruding part of the operation e.g. is removed by machining. 16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen- oder Hülsenform besitzende Einsatz mit seiner Achse zu derjenigen der vorgesehenen Kolbenbolzenbohrung radial in Richtung höherer Belastungen versetzt oder unter einem Winkel zur Kolbenbolzenbohrung in den Kolbenrohling eingebaut wird und daß dann die Kolbenbolzenbohrung exzentrisch in diesen Einsatz eingearbeitet wird.16. The method according to claim 15, characterized in that use the bolt or sleeve shape with its axis to that of the intended Piston pin bore radially towards the higher one Loads offset or at an angle to Piston pin bore installed in the piston blank  and that then the piston pin bore is eccentric is incorporated into this operation. 17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der kreisrunden Außenumfang besitzende bolzen- oder hülsenförmige Einsatz durch Reibschweißen im Kolbenrohling befestigt wird.17. The method according to claim 16, characterized in that that the circular outer perimeter possesses bolt or sleeve-shaped insert Friction welding is fastened in the piston blank. 18. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz in eine an der Wand der Kolbenbolzenbohrung des Kolbenrohlings vorgesehene Ausnehmung durch Auftragsschweißen eingebracht und bei der anschließenden Fertigbearbeitung der Kolbenbolzenbohrung auf Maß gebracht wird.18. The method according to one or more of claims 1 to 14, characterized in that the use in one on the wall of the piston pin bore of the Piston blank provided recess Build-up welding introduced and at subsequent finishing of the Piston pin bore is brought to size.
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