EP1664515A1 - Kolben für einen verbrennungsmotor - Google Patents
Kolben für einen verbrennungsmotorInfo
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- F16J1/00—Pistons; Trunk pistons; Plungers
- F16J1/09—Pistons; Trunk pistons; Plungers with means for guiding fluids
Definitions
- the invention relates to a piston for an internal combustion engine according to the preamble of the claim.
- a piston for an internal combustion engine with a base body made of aluminum and an annular element arranged in the radially outer edge region of the piston head and which forms an annular cooling channel with the base body is known from US Pat. No. 2,772,933.
- the ring element consists of an iron alloy, which has the disadvantage that the ring element makes a significant contribution to increasing the piston weight.
- the object of the invention is to avoid this disadvantage.
- the task is solved with the characteristics of the main claim.
- a useful embodiment of the invention is the subject of the dependent claim.
- the ring element made of aluminum according to the invention with a ring carrier made of NiResist for a compression ring combines the advantage of reducing the piston weight with the advantage of offering a wear-resistant bearing for the compression ring and thus increasing the load capacity and the service life of the piston.
- FIG. 1 shows a piston for an internal combustion engine with an aluminum ring element according to the invention in a sectional view consisting of two halves, which shows two longitudinal sections of the piston offset by 90 °, and
- Fig. 2 is an enlarged view of the section through the edge region of the piston crown with the ring element.
- 1 shows a piston 1 for an internal combustion engine in a sectional view consisting of two halves, of which the left half is a section of the piston 1 along a longitudinal axis 2 of a hub bore 3 and the right half is a section through the piston offset by 90 ° 1 shows.
- the piston 1 consists of an essentially cylindrical base body 4, one end face of which forms the piston head 5.
- a ring element 6 is arranged in the radially outer region of the piston crown 5.
- a combustion chamber 7 is formed in the central area of the piston crown 5.
- the base body 4 has, on its underside facing away from the piston crown 5, pin bosses 8 for the hub bores 3 and the pin bosses 8 connecting shaft elements 9.
- the ring element 6 has on its radially outer lateral surface 10 a ring carrier 11 for a compression ring (not shown in the figure) and below it a second ring groove 12.
- An oil ring groove 14 is arranged below the second ring groove 12 in the lateral surface 13 of the base body 4.
- the ring element 6 is fastened on the base body 4 via a screw connection, in which the ring element 6 is screwed onto an external thread 18 via an internal thread 19, which is located on the radially inner side of the ring element 6, which thread is on an axially aligned region 23 the lateral surface 13 is arranged, which adjoins the piston crown 5 and is set back in the direction of the piston longitudinal axis 17.
- the radially inner side of the ring element 6 has at its lower end facing away from the piston crown 5 a recess 20 which forms an annular cooling channel 22 with a recess 21 formed in the lower end of the recessed jacket region 23 on the piston crown side. Cooling oil is introduced into the cooling duct 22 via channels not shown in the figure and is discharged again from the cooling duct 22.
- the end of the screw connection 18, 19 on the piston bottom side is connected by means of a Sealed weld 24, which can be produced, for example, with the electron beam welding process.
- the piston 1 consisting of the base body 4 and the ring element 6 is made of aluminum, the base body 4 being given the desired shape by forging, whereas the ring element 6 is produced in a casting process.
- the ring carrier 11 consisting of NiResist (austenitic cast iron with components of Ni, Mn, Cu and Cr) is cast into the ring element 6 in the composite casting process.
- the piston 1 is given the final shape by a machining production process, for example by turning.
- the section shown in FIG. 2 through the edge region of the piston 1 on the piston-bottom side shows the ring element 6 with the cast-in ring carrier 11, which is connected to the base body 4 via the screw connection consisting of the internal thread 19 and the external thread 18.
- the weld seam 24 used to seal the screw connection 18, 19 can be clearly seen.
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Abstract
Es wird ein Kolben (1) für einen Verbrennungsmotor mit einem im Wesentlichen zylinderförmigen Grundkörper (4) aus geschmiedetem Aluminium und einem im radial äusseren Randbereich des Kolbenbodens (5) angeordneten Ringelement (6) vorgeschlagen, das mit dem Grundkörper (4) einen ringförmigen Kühlkanal (22) bildet. Das Ringelement (6) besteht aus gegossenem Aluminium und weist einen aus NiResist bestehenden Ringträger (11) für einen Verdichtungsring auf.
Description
Kolben für einen Verbrennungsmotor
Die Erfindung betrifft einen Kolben für einen Verbrennungsmotor nach dem Oberbegriff des Patentanspruches.
Ein Kolben für einen Verbrennungsmotor mit einem Grundkörper aus Aluminium und einem im radial äußeren Randbereich des Kolbenbodens angeordneten Ringelement, das mit dem Grundkörper einen ringförmigen Kühlkanal bildet, ist aus dem US- Patent 2,772,933 bekannt. Das Ringelement besteht aus einer Eisenlegierung, was den Nachteil mit sich bringt, dass das Ringelement einen erheblichen Beitrag zu Vergrößerung des Kolbengewichtes leistet.
Diesen Nachteil zu vermeiden ist Aufgabe der Erfindung. Gelöst wird die Aufgabe mit den im Kennzeichen der Hauptanspruches stehenden Merkmalen. Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung ist Gegenstand des Unteranspruches.
Das erfindungsgemäß aus Aluminium bestehende Ringelement mit einem aus NiRe- sist bestehenden Ringträger für einen Verdichtungsring vereint den Vorteil, das Kolbengewicht zu verringern, mit dem Vorteil, eine verschleißfeste Lagerung für den Verdichtungsring zu bieten und damit die Belastbarkeit und die Lebensdauer des Kolbens zu vergrößern.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 einen Kolben für einen Verbrennungsmotor mit einem Aluminium-Ringelement gemäß der Erfindung in einem aus zwei Hälften bestehenden Schnittbild, das zwei um 90° versetzte Längsschnitte des Kolbens zeigt, und
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Schnittes durch den Randbereich des Kolbenbodens mit dem Ringelement.
Fig. 1 stellt einen Kolben 1 für einen Verbrennungsmotor in einem aus zwei Hälften bestehenden Schnittbild dar, von dem die linke Hälfte einen Schnitt des Kolbens 1 entlang einer Längsachse 2 einer Nabenbohrung 3 und die rechte Hälfte einen um 90° dazu versetzten Schnitt durch den Kolben 1 zeigt.
Der Kolben 1 besteht aus einem im Wesentlichen zylinderformigen Grundkörper 4, dessen eine Stirnfläche den Kolbenboden 5 bildet. Im radial äußeren Bereich des Kolbenbodens 5 ist ein Ringelement 6 angeordnet. In den zentralen Bereich des Kolbenbodens 5 ist eine Brennkammer 7 eingeformt. Weiterhin weist der Grundkörper 4 auf seiner dem Kolbenboden 5 abgewandten Unterseite Bolzennaben 8 für die Nabenbohrungen 3 und die Bolzennaben 8 miteinander verbindende Schaftelemente 9 auf. Das Ringelement 6 weist auf seiner radial außen liegenden Mantelfläche 10 einen Ringträger 11 für einen in der Figur nicht dargestellten Verdichtungsring und unterhalb hiervon eine 2. Ringnut 12 auf. Unterhalb der 2. Ringnut 12 ist in der Mantelfläche 13 des Grundkörpers 4 eine Ölringnut 14 angeordnet.
Befestigt ist das Ringelement 6 auf dem Grundkörper 4 über eine Schraubverbindung, bei der das Ringelement 6 über ein Innengewinde 19, das sich auf der radial innen liegenden Seite des Ringelementes 6 befindet, auf ein Außengewinde 18 geschraubt ist, das auf einem axial ausgerichteten Bereich 23 der Mantelfläche 13 angeordnet ist, der an den Kolbenboden 5 angrenzt und in Richtung der Kolbenlängsachse 17 zurückgesetzt ist.
Die radial innen liegende Seite des Ringelementes 6 weist an ihrem dem Kolbenboden 5 abgewandten, unteren Ende eine Ausnehmung 20 auf, die mit einer in das untere Ende des kolbenbodenseitigen, zurückgesetzten Mantelbereiches 23 eingeformten Ausnehmung 21 einen ringförmigen Kühlkanal 22 bildet. Über in der Figur nicht dargestellte Kanäle wird Kühöl in den Kühlkanal 22 ein- und aus dem Kühlkanal 22 wieder ausgeleitet.
Um zu verhindern, dass unter hohem Druck stehende Verbrennungsgase durch die Schraubverbindung 18, 19 in den Kühlkanal 22 und in den Kolbeninnenraum gelangen, ist das kolbenbodenseite Ende der Schraubverbindung 18, 19 mittels einer
Schweißnaht 24 abgedichtet, die bspw. mit dem Elektronenstrahl-Schweißverfahren herstellbar ist.
Hergestellt wird der aus dem Grundkörper 4 und dem Ringelement 6 bestehende Kolben 1 aus Aluminium, wobei dem Grundkörper 4 durch Schmieden die gewünschte Form gegeben wird, wohingegen das Ringelement 6 in einem Gießverfahren hergestellt wird. Hierbei wird im Verbundgussverfahren der aus NiResist (austenitisches Gusseisen mit Bestandteilen an Ni, Mn, Cu und Cr) bestehende Ringträger 11 in des Ringelement 6 eingegossen. Nach dem Aufschrauben des Ringelementes 6 auf den Grundkörper 4 und dem Abdichten der Schraubverbindung 18, 19 mit Hilfe der Schweißnaht 24 wird dem Kolben 1 durch ein spanabhebendes Fertigungsverfahren, bspw. durch Drehen, die letztendliche Form gegeben.
Der in Fig. 2 dargestellte Schnitt durch den kolbenbodenseitigen Randbereich des Kolbens 1 zeigt das Ringelement 6 mit dem eingegossenen Ringträger 11 , das über die aus Innengewinde 19 und Außengewinde 18 bestehende Schraubverbindung mit dem Grundkörper 4 verbunden ist. Gut zu erkennen ist die der Abdichtung der Schraubverbindung 18, 19 dienende Schweißnaht 24.
Bezuqszeichenliste
1 Kolben
2 Längsachse
3 Nabenbohrung
4 Grundkörper
5 Kolbenboden
6 Ringelement
7 Brennkammer
8 Bolzennabe
9 Schaftelement
10 Mantelfläche
11 Ringträger
12 2. Ringnut
13 Mantelfläche
14 Ölringnut
17 Kolbenlängsachse
18 Außengewinde
19 Innengewinde
20 Ausnehmung
21 Ausnehmung
22 Kühlkanal 3 Bereich der Mantelfläche des Grundkörpers 4 4 Schweißnaht
Claims
1. Kolben (1 ) für einen Verbrennungsmotor - mit einem im Wesentlichen zylinderformigen, geschmiedeten Grundkörper (4) aus Aluminium, dessen eine Stirnfläche einen Kolbenboden (5) bildet, - mit auf der dem Kolbenboden (5) abgewandten Unterseite des Grundkörpers (4) angeordneten Bolzennaben (8) mit Nabenbohrungen (3), - mit die Bolzennaben (8) miteinander verbindende Schaftelementen (9), - mit einem im radial äußeren Randbereich des Kolbenbodens (5) angeordneten Ringelement (6), das mit dem Grundkörper (4) einen ringförmigen Kühlkanal (22) bildet, dadurch gekennzeichnet, - dass das Ringelement (6) aus gegossenem Aluminium besteht und einen Ringträger (11 ) für einen Verdichtungsring aufweist, - dass das Ringelement (6) über eine Schraubverbindung mit dem Grundkörper (4) verbunden ist, die aus einem auf der radial innen liegenden Seite des Ringelementes (6) angeordneten Innengewinde (19) und aus einem dazu passenden, im kolbenbodenseitigen Bereich der Mantelfläche (13) des Grundkörpers (4) angeordneten Außengewinde (18) besteht, und - dass das kolbenbodenseitige Ende der Schraubverbindung (18, 19) mittels einer Schweißnaht (24) abgedichtet ist.
2. Kolben (1 ) für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringträger (11 ) aus NiResist besteht.
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