EP0561817B1 - Mehrteiliger, gekühlter kolben für verbrennungsmotoren - Google Patents

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EP0561817B1 EP91920243A EP91920243A EP0561817B1 EP 0561817 B1 EP0561817 B1 EP 0561817B1 EP 91920243 A EP91920243 A EP 91920243A EP 91920243 A EP91920243 A EP 91920243A EP 0561817 B1 EP0561817 B1 EP 0561817B1
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F3/0015—Multi-part pistons
    • F02F3/0069—Multi-part pistons the crown and skirt being interconnected by the gudgeon pin
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F3/16—Pistons  having cooling means
    • F02F3/20—Pistons  having cooling means the means being a fluid flowing through or along piston
    • F02F3/22—Pistons  having cooling means the means being a fluid flowing through or along piston the fluid being liquid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2201/00—Metals
    • F05C2201/04—Heavy metals
    • F05C2201/0433—Iron group; Ferrous alloys, e.g. steel
    • F05C2201/0448—Steel

Definitions

  • the invention relates to a multi-part, cooled piston for internal combustion engines according to the preamble of claim 1.
  • Such a piston is known for example from DD 252 638 A.
  • the annular wall parts for covering an annular cooling channel are slotted rings which are inserted in an exciting manner on the inside or outside.
  • the edge of the ring radially distant from the clamping point is axially unsupported in one direction.
  • the invention is primarily concerned with the problem of creating an annular cover wall which is at the same time securely locked radially inside and outside against axial displacement. Furthermore, the cover wall should be simple, non-destructive and securely attachable.
  • the ring-shaped has at least two separate ring segments on its circumference
  • Wall part radially inside and outside each have a circumferential collar with which it engages radially braced radially inside and outside in correspondingly form-fitting recesses on the inner circumference of the outer annular rib of the piston or the hub support lying inside the piston.
  • the radial bracing takes place through an elastic deformation of the collar in the direction perpendicular to the longitudinal axis of the piston. This elastic deformation of the collar in the installed state is very important after the solution according to the invention. Due to the internal and external receptacle, the wall part can be securely fastened to the piston head part in a simple snap lock.
  • the double clamping also enables thin wall thicknesses for the wall part, since it has no freely oscillating areas, as is the case with the annular connecting part according to the above-mentioned document.
  • the annular wall part is divided at least once on its circumference, ie that there are at least two ring segments. Only such a division enables the use of the annular wall part in piston head parts, the hubs have, the outer diameter of which project significantly beyond the inner diameter of the radial inner seal of the cooling channel. In these cases, ring-shaped covers of the type according to DD 252 638 A cannot be installed. Those previously known ring seals are slotted radially only once, so that a spread ring is formed. However, such a ring can only be radially expanded to a small extent if it is to retain its clamping action and should not be damaged in terms of material when it is spread apart.
  • this dimension is not sufficient to be able to mount such a ring. This is a very serious difference in the execution according to the known aforementioned font. This difference is particularly serious because a cover ring divided into, for example, two separate halves could not be attached in a functionally reliable manner according to the document given there.
  • a head part 1 and a shaft are connected in an articulated manner via a piston pin.
  • the shaft and the piston pin are not shown.
  • an outer ring wall 3 containing the grooves for the piston rings extends from the bottom 2 of the piston head.
  • an annular rib 4 connects hubs 5 to the piston crown 2.
  • annular ring Cavity 6 is covered by a wall part designed as a sheet metal ring 7 to form a closed cooling oil chamber.
  • This sheet metal ring 7 has an upwardly curved ring surface 8 with collars 9, 10 formed thereon on the outer and inner circumference.
  • the sheet metal ring 7 is preloaded on the one hand with its outer collar 8 in a corresponding recess 11 on the inner circumference of the ring wall 3 and on the other hand with its inner collar 10 in a corresponding recess 12 on the outer circumference of the annular rib 4 or the hub 5.
  • they In order to be able to elastically deform the collars 9, 10, they have longitudinal slots 13, 14 distributed over the inner and outer circumference, which extend over the entire length of the collars 9, 10.
  • the collars 9, 10 are bent toward one another at their open ends 15, 16.
  • a nose 17 protruding from the collar 9 is formed on the sheet metal ring 7 and protrudes into a corresponding recess 18 provided in the ring wall 3.
  • the sheet metal ring 7 can be made in two parts (parting lines 19) and have recesses 20, 21 for supplying and removing cooling oil.
  • the sheet metal ring 7 should be made of a resilient material, e.g. Spring steel.

Abstract

Um auf konstruktiv einfache Weise bei einem mehrteiligen, gekühlten Kolben (1) den im Kopfteil (2) vorgesehenen ringförmigen Hohlraum (9) für das Kühlöl nach unten abzuschließen, ist ein Blechring (10) vorgesehen, der einerseits mit seinem Kragen (15) in einer Aussparung (16) der Ringwand (5) anliegt und andererseits sich über einen Haltebügel (18) unter Vorspannung an der Nabenbuchse (8) abstützt.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen mehrteiligen, gekühlten Kolben für Verbrennungsmotoren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Ein solcher Kolben ist beispielsweise aus DD 252 638 A bekannt. Bei diesem bekannten Kolben sind die ringförmigen Wandteile zur Abdeckung eines ringförmigen Kühlkanales geschlitzte Ringe, die innen oder außen spannend eingesetzt sind. Teilweise liegt auch noch eine axiale Verspannung des Ringes vor. Soweit die Ringe entweder innen oder außen axial verspannt sind, ist jeweils der von der Einspannstelle radial entfernte Rand des Ringes in einer Richtung axial ungestützt.
  • Hiervon ausgehend beschäftigt sich die Erfindung in erster Linie mit dem Problem, eine ringförmige Abdeckwand zu schaffen, die gleichzeitig radial innen und außen sicher gegen eine axiale Verschiebung arretiert ist. Des weiteren soll die Abdeckwand einfach, zerstörungsfrei und betriebssicher befestigbar sein.
  • Eine Lösung dieses Problems zeigt das kennzeichnende Merkmal des geltenden Anspruchs 1 auf.
  • Nach dieser Lösung besitzt das ringförmige auf seinem Umfang mindestens in zwei getrennte Ringsegmente geteilte Wandteil radial innen und außen jeweils einen umlaufenden Kragen, mit denen es radial innen und außen in entsprechend formschlüssig ausgebildete Ausnehmungen am Innenumfang der äußeren Ringrippe des Kolbens bzw. der innerhalb des Kolbens liegenden Nabenabstützung radial verspannt eingreift. Die radiale Verspannung erfolgt dabei durch eine elastische Verformung der Kragen in Richtung senkrecht zur Kolbenlängsachse. Auf diese elastische Verformung der Kragen im Einbauzustand kommt es nach der erfindungsgemäßen Lösung ganz wesentlich an. Durch die innen und außen liegende Aufnahme kann das Wandteil in einfacher Weise in einem federnden Schnappverschluß an dem Kolbenkopfteil sicher befestigt werden. Die doppelte Einspannung ermöglicht im übrigen dünne Wandstärken für das Wandteil, da es keine frei schwingenden Bereiche aufweist, wie dies bei dem ringförmigen Anschlußteil nach der obengenannten Druckschrift der Fall ist.
  • Für die Erzielung der radialen Einspannung ist es wichtig, daß an dem Kragen radial innen und außen Radialschlitze vorgesehen sind, damit über den Umfang des ringförmigen Wandteiles verteilt radial federnde Laschen gegeben sind. Bei ungeschlitzten durchgehenden Kragen wäre die notwendige elastische Verspannung des Wandteiles nicht möglich. Dies ist ein weiterer Unterschied zu der aus der obengenannten Druckschrift bekannten Ausführung einer ringförmigen Kühlkanalabdeckung.
  • Besondere Bedeutung kommt auch dem Merkmal zu, nach dem das ringförmige Wandteil auf seinem Umfang mindestens einmal geteilt ist, d.h. daß mindestens zwei Ringsegmente vorliegen. Erst eine solche Teilung ermöglicht den Einsatz des ringförmigen Wandteiles bei Kolbenkopfteilen, die Naben aufweisen, deren Außendurchmesser erheblich über den Innendurchmesser der radialen Innenabdichtung des Kühlkanals hinausragen. In diesen Fällen sind nämlich ringförmige Abdeckungen in der Art nach der DD 252 638 A nicht montierbar. Jene vorbekannten Ringabdichtungen sind radial lediglich einmal geschlitzt, so daß ein aufgespreizter Ring entsteht. Ein solcher Ring ist jedoch, wenn er seine Klemmwirkung behalten soll und materialmäßig beim Aufspreizen nicht beschädigt werden soll, nur über ein geringes Maß radial aufweitbar. Dieses Maß reicht in vielen Fällen nicht aus, um einen solchen Ring montieren zu können. Dies ist bei der Ausführung nach der bekannten vorgenannten Schrift ein ganz gravierender Unterschied. Gravierend ist dieser Unterschied insbesondere deshalb, weil ein in beispielsweise zwei getrennte Hälften aufgeteilter Abdeckring nach jener Entgegenhaltung nach den dortigen Methoden überhaupt nicht funktionssicher befestigbar wäre.
  • Die Unteransprüche geben zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung an.
  • Die vorstehend gegenüber der DD 252 638 A angeführten Unterschiede und Vorteile bestehen in gleicher Weise auch gegenüber US 4,377,967. Abgesehen von dem Merkmal, nach dem das Wandteil umfangsmäßig radial in mindestens zwei Ringsegmente geteilt ist, bestehen die übrigen vorstehend herausgearbeiteten Unterscheidungsmerkmale auch gegenüber DE 36 43 039 A.
  • Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    einen Längsschnitt durch einen Ausschnitt aus dem Kopfteil eines zweiteiligen Gelenkkolbens,
    Fig. 2
    eine Draufsicht auf einen in das Kopfteil in Fig. 1 eingespannten Blechring.
  • Bei einem Gelenkkolben sind ein Kopfteil 1 und ein Schaft gelenkig über einen Kolbenbolzen verbunden. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind der Schaft und der Kolbenbolzen nicht dargestellt.
  • Bei dem Kolbenkopf 1 erstreckt sich von dessen Boden 2 eine äußere die Nuten für die Kolbenringe enthaltende Ringwand 3. Radial mit Abstand innerhalb der Ringwand 3 verbindet eine Ringrippe 4 Naben 5 mit dem Kolbenboden 2. Zwischen der Ringrippe 4 und der Ringwand 3 existiert ein ringförmiger Hohlraum 6, der durch ein als Blechring 7 ausgebildetes Wandteil zu einem geschlossenen Kühlölraum abgedeckt ist.
  • Dieser Blechring 7 weist eine nach oben gewölbte Ringfläche 8 mit daran am Außen- und Innenumfang angeformten Kragen 9, 10 auf. Die Kragen 9, 10, die von der nach oben gewölbten Ringfläche 8 weg nach unten weisen, nehmen in ihrer Ruhelage die in Fig. 1 gestrichelt gezeichnete Kontur ein. Nach der Montage liegt der Blechring 7 unter Vorspannung einerseits mit seinem äußeren Kragen 8 in einer entsprechenden Ausnehmung 11 am Innenumfang der Ringwand 3 und andererseits mit seinem inneren Kragen 10 in einer entsprechenden Ausnehmung 12 am Außenumfang der Ringrippe 4 bzw. der Nabe 5 an. Um die Kragen 9, 10 elastisch verformen zu können, weisen sie auf dem Innen- und Außenumfang verteilte Längsschlitze 13, 14 auf, die sich über die gesamte Länge der Kragen 9, 10 erstrecken.
  • Um den Sitz des Blechringes 7 in den Ausnehmungen 11, 12 zu verbessern, sind die Kragen 9, 10 an ihren offenen Enden 15, 16 gegeneinander nach innen gebogen. Als Verdrehsicherung ist an dem Blechring 7 eine von dem Kragen 9 abstehende Nase 17 angeformt, die in eine entsprechende in der Ringwand 3 vorgesehene Aussparung 18 ragt.
  • Der Blechring 7 kann zweiteilig ausgeführt sein (Trennfugen 19) und zur Kühlölzu- und Abfuhr Ausnehmungen 20, 21 aufweisen.
  • Zur Erzielung der erforderlichen Vorspannung sollte der Blechring 7 aus einem federnden Werkstoff, z.B. Federstahl, gefertigt sein.
  • Mit einer derartigen Ausführung wird auf konstruktiv einfache Weise für einen Gelenkkolben ein dichter Abschluß des für das durchfließende Kühlöl benötigten ringförmigen Hohlraumes 6 erreicht.

Claims (5)

  1. Mehrteiliger, gekühlter Kolben für Verbrennungsmotoren, bestehend aus einem Kopfteil mit an dieses angeformten Naben zur Aufnahme des den Kolben mit dem Pleuel verbindenden Kolbenbolzens, einer äußeren an einem ersten Ende in den Boden des Kopfteils übergehenden und an ihrem zweiten Ende offen auslaufenden Ringwand zur Aufnahme mindestens einer Kolbenringnut und mit einem sich radial innen an dieser Ringwand anschließenden zu dem zweiten Ende der Ringwand offenen, die Naben bzw. deren zu dem Boden des Kopfteils verlaufende Abstützteile, die insbesondere eine Art Ringrippe sein können, umgebenden Hohlraum, der etwa in Höhe des zweiten Endes der Ringwand durch ein ringförmiges Wandteil zur Bildung eines durchströmbaren Kühlölraumes verschlossen ist, wobei das Wandteil zwischen Auflagern an den Naben bzw. Abstützungsteilen des Kopfteiles einerseits und radial außen an der Ringwand andererseits, an denen es jeweils frei aufliegt, unter Vorspannung eingespannt ist, und einem nur über den Kolbenbolzen mit dem Kopfteil verbundenen Kolbenschaft,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Wandteil (7) eine umfangsmäßig mindestens einmal radial geteilte Ringfläche (8) mit je einem am Außen- und Innenumfang angeformten umlaufenden radial innen und außen durch Einschnitte (13) geschlitzten Kragen (9, 10) ist und einerseits mit seinem am Außenumfang angeformten Kragen (9) in eine Ausnehmung (11) am Innenumfang der Ringwand (3) und andererseits mit seinem am Innenumfang angeformten Kragen (10) in eine Ausnehmung (12) der Naben (5) bzw. deren zu dem Boden des Kopfteils verlaufende Abstützteile (4) jeweils unter Vorspannung eingreift.
  2. Mehrteiliger Kolben nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Wandteil (7) als Verdrehsicherung mindestens eine, in eine an der Ringwand (3) vorgesehene Aussparung (18) ragende, von dem äußeren Kragen (9) abstehende Nase (17) aufweist.
  3. Mehrteiliger Kolben nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Enden (15, 16) der beiden Kragen (9, 10) gegeneinander nach innen abgebogen sind.
  4. Mehrteiliger Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Wandteil (7) ein Blechring ist.
  5. Mehrteiliger Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Wandteil (7) aus zwei gleichen Teilen besteht.
EP91920243A 1990-12-13 1991-11-23 Mehrteiliger, gekühlter kolben für verbrennungsmotoren Expired - Lifetime EP0561817B1 (de)

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