DE8501763U1

DE8501763U1 - One-piece piston for an internal combustion engine

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Publication number: DE8501763U1
Application number: DE19858501763
Authority: DE
Original assignee: Berchem & Schaberg 4650 Gelsenkirchen De GmbH
Current assignee: Berchem & Schaberg 4650 Gelsenkirchen De GmbH
Priority date: 1985-01-24
Filing date: 1985-01-24
Publication date: 1987-12-17

Description

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Ändrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in EssenÄndrejewski, Honke & Partner, patent attorneys in Essen

BeschreibungDescription

Die Erfindung bezieht sich auf einen einteiligen Kolben für Verbrennungsmotor mit Kolbsnkrcns ·»»"* &idigr;&eegr;&idiagr;The invention relates to a one-piece piston for an internal combustion engine with piston rings ·»»"* &idigr;&eegr;&idiagr;

Im Rahmen der bekannten gattungsgemäßen Maßnahmen (DE-OS 32 22 582) wird aus einem Rohling in dem Gesenk lediglich ein Kolbenkronenvorformling aus Kolbendeckel und Vorformlingkragen hergestellt. Der Kolbenschaft ist ein selbständiges, zumeist gegossenes und zusätzlich spanabhebend bearbeitetes Werkstück. Kolbenkrone und Kolbenschaft werden nachträglich miteinander verschraubt. Die bekannten Maßnahmen betreffen insoweit gebaute Kolben für hauptsächlich schwere Dieselmaschinen und ähnliche Maschinen. Für hochtourige Verbrennungsmaschinen mit hoher Leistungsdichte, wie sie bei modernen Kraftfahrzeugmotoren üblich sind, sind solche gebauten Kolben weniger geeignet.As part of the known generic measures (DE-OS 32 22 582), only a piston crown preform consisting of a piston cover and preform collar is produced from a blank in the die. The piston skirt is an independent, mostly cast and additionally machined workpiece. The piston crown and piston skirt are subsequently screwed together. The known measures relate to built pistons for mainly heavy diesel engines and similar machines. Such built pistons are less suitable for high-speed combustion engines with high power density, as is common in modern motor vehicle engines.

Für hochtourige Verbrennungsmotoren mit Leistungsdichte setzt man nicht gebaute, sondern einteilige Kolben ein, und zwar in zunehmendem Maße aus Stahl. Diese Kolben werden als Stahlgußteile hergestellt und spanabhebend bearbeitet. Das ist aufwendig. Außerdem ist die gußbedingte Struktur in bezug auf Festigkeit und Verzugfreiheit wenig optimal sowie, jedenfalls bei geringen Wanddicken, kaum optimierend beeinflußbar.For high-speed combustion engines with high power density, one-piece pistons are used, not assembled ones, and increasingly made of steel. These pistons are manufactured as cast steel parts and machined. This is complex. In addition, the cast structure is not ideal in terms of strength and freedom from distortion and, at least with small wall thicknesses, can hardly be influenced for optimization.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Kolben zu schaffen, der einteilig geschmiedet ist.The invention is based on the object of creating a generic piston which is forged in one piece.

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Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß die KoI-jbenkrone einen umlaufenden Kragen aufweist, der den Kolben-,schaft umgibt, daß der Kolbenschaft aus zwei Pendelschaftohren besteht und dsß die Bauteile sin einteiliges Schmiedestück bilden. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß sich bei der Herstellung eines Vorformlings mit angeformten Pendel-, schaftohren und dem Umformen des Vorformlings zu dem erfindungsgemäßen Kolben durch Schmieden in dem Übergangsbereich zwischen Kolbendeckel und Pendelschaftohren ein in festig-To solve this problem, the invention teaches that the piston crown has a circumferential collar that surrounds the piston shaft, that the piston shaft consists of two pendulum shaft ears and that the components form a one-piece forging. The invention is based on the knowledge that when producing a preform with molded-on pendulum shaft ears and forming the preform into the piston according to the invention by forging, a solid-state material is formed in the transition area between the piston cover and the pendulum shaft ears.

; keitsmäßiger Hinsicht günstiger Faserverlauf einstellt. Aber *;uch beim Umbiegen des Vorformlingkragens zur Kolbenkronenschulter entstehen keine Probleme in festigkeitsmäßiger Hinsicht oder durch Rißbildung, wenn zusammen mit dem Umbiegen; a favourable fibre flow is established in terms of strength. But *;even when bending the preform collar to form the piston crown shoulder no problems arise in terms of strength or cracking if, together with the bending,

J zumindest ein Feuersteg angeformt wird. Der dabei entstehende ! Werkstofffluß unterstützt vielmehr den Biegevorgang. Das alles gilt insbesondere dann, wenn der Kolbenkronenvorformling einschließlich des Vorformlingkragens mit in bezug auf den Kolben radialem Faserverlauf geschmiedet wird und Vorsorge getroffen wird, daß die Pendelschaftohren mit in bezug auf ( den Kolben axialem Faserverlauf geschmiedet werden. Entsprechenden Faserverlauf weist der erfindungsgemäße Kolben auf. Zweckmäßigerweise wird bei der Herstellung der Augenlager der beim Fließdornen verdrängte Werkstoff in eine Augenlagerausformung der Werkzeuge eingedrückt, was auch in diesem Bereich einen günstigen Faserverlauf gewährleistet. Im Rahmen der Erfindung kann mit den verschiedensten Werkstoffen gearbeitet werden. Eine in werkstoffmäßiger Hinsicht bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben aus einem Stahlwerkstoff 40 Mn 4, 42 Cr Mo 4, X 45 Cr Si 9 oder aus einer Nickelbasislegierung besteht.J at least one top land is formed. The resulting material flow supports the bending process. All of this applies in particular when the piston crown preform, including the preform collar, is forged with a radial grain direction in relation to the piston and care is taken to ensure that the pendulum shaft ears are forged with an axial grain direction in relation to the piston. The piston according to the invention has a corresponding grain direction. When producing the eye bearings, the material displaced during the flow mandrel is expediently pressed into an eye bearing formation in the tools, which also ensures a favorable grain direction in this area. Within the scope of the invention, a wide variety of materials can be used. A preferred embodiment of the invention in terms of materials is characterized in that the piston consists of a steel material 40 Mn 4, 42 Cr Mo 4, X 45 Cr Si 9 or a nickel-based alloy.

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Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer DarstellungIn the following, the invention is explained in more detail using a drawing which merely represents an exemplary embodiment. The drawing shows a schematic representation

Fig. 1 einen Axialschnitt durch einen Vorformling für einen erfindungsgemäßen Kolben mit Vorformlingkragen und angeformten Pendelschaftohren,Fig. 1 shows an axial section through a preform for a piston according to the invention with a preform collar and molded-on pendulum shaft ears,

Fig. 2 einen Axialschnitt durch den gegenüber der Fig. 1 weiter fertiggestellten Kolben mit Kolbenkronenschulter und Feuersteg,Fig. 2 an axial section through the piston, which is further finished compared to Fig. 1, with piston crown shoulder and top land,

Fig. 3 einen Querschnitt A-A durch den Gegenstand der Fig. 2 undFig. 3 is a cross section A-A through the object of Fig. 2 and

|Fig. 4 den Gegenstand nach Fig. 2 mit zusätzlichen Augenlagern.|Fig. 4 the object according to Fig. 2 with additional eye bearings.

!Aus einer vergleichenden Betrachtung der Fig. 1 bis 4 ergeben !sich die verschiedenen Schritte eines Verfahrens zur Herstellung des erfindungsgemäßen Kolbens. In der Fig. 1 erkennt man einen Vorformling, der in der ersten Verfahrensstufe des erfindungsgemäßen Verfahrens aus einem Rohling hergestellt wird. Aus dem Rohling wird in dem Gesenk der für das erfindungsgemäße Verfahren eingerichteten Gesenkschmiedepresse mit einem einzigen, in Richtung der Achse herzustellenden Kolbens 1 geführten Pressenhub der Gegenstand der Fig. 2 hergestellt, und zwar nicht nur mit dem Kragen 2, sondern außerdem mit den im Übergangsbereich zwischen Kolbendeckel 3 und Vorformlingkragen 2 angeformten Pendelschaftohren 4. la bezeichnet die Kolbenkrone. Die angeformten Pendelschaftohren 4 erstrecken sich!A comparative examination of Figs. 1 to 4 reveals the various steps of a method for producing the piston according to the invention. In Fig. 1, a preform can be seen which is produced from a blank in the first process stage of the method according to the invention. The object of Fig. 2 is produced from the blank in the die of the drop forging press set up for the method according to the invention with a single press stroke guided in the direction of the axis of the piston 1 to be produced, and not only with the collar 2, but also with the pendulum shaft ears 4 formed in the transition area between the piston cover 3 and the preform collar 2. La designates the piston crown. The formed pendulum shaft ears 4 extend

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im wesentlichen in Richtung der Kolbenachse 5. Aus einer vergleichenden Betrachtung der Fig. 1 und 2 entnimmt man, daß danach in einem Arbeitsgang mit in Richtung der Kolbenachse 5 bGWscjtsn Wsrkzsugen der VourforrrilinyJcraysn 2 unter Biluuny eine 3 Wärmedrosselrinyspaltes 6 zur Kolbenkronenschulter 7 umgebogen wird und daß dabei zumindest ein Feuersteg 8 angeformt wird. Die Fig. 3 erläutert diesen Verformungsvorgang weiter. Aus der Fig. 4 entnimmt man, daß im Anschluß daran mit quer zur Kolbenachse 5 arbeitenden Werkzeugen 9 im Wege des Fließdornen- die Augenlager 10 ausgeprägt und gleichzeitig die Augenlager 10 kalibriert werden. - Die Kontur des fertigen Kolbens 1 wurde in Fig. 4 strichpunktiert eingezeichnet, sie wird als abschließende Maßnahme spanabhebend hergestellt.essentially in the direction of the piston axis 5. From a comparative examination of Fig. 1 and 2 it can be seen that in one operation with the tool movements of the preforming lines 2 in the direction of the piston axis 5, a heat throttling gap 6 is bent to form the piston crown shoulder 7, and that at least one top land 8 is formed in the process. Fig. 3 explains this deformation process further. From Fig. 4 it can be seen that the eye bearings 10 are then formed and simultaneously calibrated using tools 9 working transversely to the piston axis 5 by means of the flow mandrel. - The contour of the finished piston 1 was drawn in dash-dotted lines in Fig. 4; it is produced by machining as a final step.

Claims

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Andrejewski, Honke & Partner PatentanwälteAndrejewski, Honke & Partner Patent Attorneys

Anwuhsc&ht: 62 230/Kt-Request: 62 230/ct-

Utility model application G 85 01 763.9 Berchem & Schaberg GmbH
Am Dördelmannshof 5
4650 Gelsenkirchen

Diplom-PhysikerGraduate Physicist

Dr. Walter AndrejewskiDr. Walter Andrejewski

Diplom-IngenieurGraduate engineer

Dr.-!ng. Manfred HonkeDr.-ng. Manfred Honke

Diplom-PhysikerGraduate Physicist

Dr. KaH Gerhard MaschDr. Gerhard Masch

4300 Esten 1, Theateipkrtz 3, Pottf. 1002544300 Estonia 1, Theateipkrtz 3, Pottf. 100254

12 November 1987

One-piece piston for an internal combustion engine Protection claims

1. One-piece piston for an internal combustion engine with piston crown and piston skirt, characterized in that the piston crown (la) has at least one top land (3) and a circumferential collar (2) which surrounds the piston skirt, that the piston skirt consists of two pendulum skirt ears (4) and that the components (la, 2, 3, 4) form a one-piece forging.

2. Piston according to claim 1, characterized in that the collar has a radial fiber path with respect to the piston.

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3. Piston according to one of claims 1 or 2, characterized in that the pendulum shaft ears have an axial fiber course with respect to the piston.

4. Piston according to one of claims 1 to 3, characterized in that it consists of a steel material 40 Mn 4, 42 Cr Mo 4, X 45 Cr Si 9 or of a nickel-based alloy.