EP2229521A2 - Zweiteiliger kolben für einen verbrennungsmotor - Google Patents

Zweiteiliger kolben für einen verbrennungsmotor

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EP2229521A2
EP2229521A2 EP08861287A EP08861287A EP2229521A2 EP 2229521 A2 EP2229521 A2 EP 2229521A2 EP 08861287 A EP08861287 A EP 08861287A EP 08861287 A EP08861287 A EP 08861287A EP 2229521 A2 EP2229521 A2 EP 2229521A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
axial direction
expansion sleeve
yield strength
bolt
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08861287A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Issler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mahle International GmbH
Original Assignee
Mahle International GmbH
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Filing date
Publication date
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Publication of EP2229521A2 publication Critical patent/EP2229521A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J1/00—Pistons; Trunk pistons; Plungers
    • F16J1/005—Pistons; Trunk pistons; Plungers obtained by assembling several pieces
    • 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 
    • F02F3/0015—Multi-part pistons
    • F02F3/0023—Multi-part pistons the parts being bolted or screwed together
    • 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
    • F05C2251/00—Material properties
    • F05C2251/02—Elasticity

Definitions

  • the invention relates to a two-part piston for an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • a two-part piston for an internal combustion engine which consists of an upper part with a coaxially arranged on the underside of its piston head pin having an external thread, and a lower part, at the bottom part radially inside a coaxially arranged and elastically stretchable in the axial direction expansion sleeve is formed.
  • Fig. 1 is a sectional view of a two-part piston, the upper part and the lower part are screwed together by means of a nut with molded compression sleeve, and
  • Fig. 2 is an assembly aid, whereby the yield strength of a piston attached to the lower part expansion sleeve is increased by a permanent elongation.
  • a two-part, cooled piston 1 which consists of an upper part 2 and a lower part 3.
  • the upper part 2 and the lower part 3 may be made of steel or of another metallic material.
  • a piston head 4 bounds the axial top side of the upper part 2, the radially inner region of which has a combustion bowl 5.
  • an annular wall 6 is integrally formed, the outer surface piston crown side forms a top land 7, which is followed by a shaft ring side 8 with annular grooves for receiving piston rings, not shown in the figure.
  • pin bosses 9, 9 1 On the underside of the lower part 3 facing away from the piston bottom 4 are two pin bosses 9, 9 1 , each with a pin bore 10, 10 "whose end faces 11 are set back relative to the annular wall 6 in the direction of the piston axis 12.
  • the pin bosses 9, 9 1 are over Piston shaft elements 13, 13 'connected together.
  • the upper part 2 and the lower part 3 of the piston 1 are connected via an inner support 14 and via a concentrically arranged outer support 15 with each other.
  • the inner support 14 is formed by a bearing surface 16 arranged on the side of the upper part 2 facing away from the combustion bowl 5 and by a bearing surface 18 arranged on a piston-bottom side on an annular support rib 17 of the lower part 3.
  • the outer support 15 is formed by a bottom surface of the annular wall 6 delimiting support surface 19 and a piston bottom side on an annular support web 20 of the lower part 3 arranged support surface 21.
  • cooling channel 22 From the upper part 2 and the lower part 3 of the piston 1 a arranged in the piston bottom edge portion of the piston 1 cooling channel 22 is formed, the radially outer boundary of the annular wall 6, the radially inner boundary part of the support rib 17 and partly from the piston head 4 and the axially lower Limitation of the lower part 3 of the piston 1 are formed. Cooling oil is introduced into the cooling channel 22 via inlet openings 23.
  • the piston 1 has a further, coaxial with the piston axis 12 arranged, annular cooling channel 24, which has a smaller radial diameter than the outer cooling channel 22 and is disposed within the outer cooling channel 22 as seen in the radial direction.
  • Axial above the inner cooling channel 24 is bounded by the piston head 4, radially outwardly from the support rib 17 and radially below by a thin-walled and elastically yielding, upper bottom part 25 of the lower part 3, to which radially inward an axially upwardly directed expansion sleeve 26 is integrally formed, whose axially upper, first opening 27 is provided with a so far radially inwardly directed curl 28 that the underside of the flange 28 can serve as a stop for an integrally formed on a nut 29 compression sleeve 30.
  • the expansion sleeve 26 forms the radially inner boundary of the inner cooling channel 24.
  • the expansion sleeve 26 has a second opening 43 on its side opposite the first
  • a cylindrical bolt 31 is formed with a lateral surface on the underside of the piston head 4, which has a piston end remote end region with an external thread 32 which corresponds to the internal thread of the nut 29, so that the nut 29 can be screwed onto the external thread 32 ,
  • the axial length of the bolt 31 corresponds approximately to the axial length of the sleeve 29 provided with the compression sleeve 30.
  • the radial diameter of the bolt 31 and in particular its external thread 32 are smaller than the radial diameter of the first opening 27 of the expansion sleeve 26, so that the bolt 31 easily in the first opening 27 is inserted.
  • the radial inner diameter of the compression sleeve 30 is greater than the radial outer diameter of the external thread 32 of the bolt 31st
  • the radial diameter of the pin 31 is formed in a region between the outer thread 32 and the underside of the piston head 4 is smaller than the diameter of the external thread 32 and also less than the inner diameter of the compression sleeve 30, so that between the compression sleeve 30 and the pin 31 an annular cooling space 33 results.
  • cooling oil is introduced into the outer cooling channel 22, which flows via a connecting channel 34 into the inner cooling channel 24, from where part of the oil flows through an opening 35 in the upper bottom part 25 of the lower part 3 back into the crankcase.
  • a small portion of the oil flows through a gap 36 between the flange 28 and the lower surface of the piston head 4 and the first opening 27 of the expansion sleeve 26 in the cooling chamber 33, from where it is incorporated into the external thread 32 of the bolt 31 and parallel to the piston axis 12 lying drainage channels flows back into the crankcase, of which in Fig. 1, a drain passage 37 is shown. This causes a very good cooling of the thermally highly loaded upper part 2 of the piston. 1
  • the bolt 31 arranged on the underside of the piston head 4 is first guided through the first opening 27 of the expansion sleeve 26, which is formed on the second opening 43 in the upper bottom part 25 of the piston lower part 3.
  • the upper part 2 and the lower part 3 of the piston 1 are aligned coaxially with each other, which is achieved in that the support web 20 in section has the shape of a radially inwardly and axially directed in the direction of the piston head 4 stage , And that the lower end face of the annular wall 6 on the inside has a cylindrical recess 38, the inner shape of the outer shape of the support web 20 corresponds, so that during assembly of upper and lower part 2, 3 of the piston 1, the support web 20 inserted into the recess 38 is, and thus upper part 2 and lower part 3 are aligned coaxially.
  • the compression sleeve 30 of the nut 29 is slid over the external thread 32 of the bolt 31 until the internal thread of the nut 29 comes into contact with the external thread 32 of the bolt 31.
  • the mother 29 is now so far on the external thread 32 is screwed until the upper end face of the compression sleeve 30 comes into contact with the flange 28 of the expansion sleeve 26.
  • a threaded bolt 41 may be used with an outer diameter of FIG. 2, which is slightly smaller than the inner diameter of the first opening 27 in which the expansion sleeve 26 piston crown side limiting crimping 28, so that the threaded bolt 41 without problems through the first opening 27 and the second opening 43 can be passed.
  • a tensile force is exerted on the threaded bolt 41 in the direction of the arrow 40, which exerts a controlled tensile stress on the expansion sleeve 26 via the nut 42 resting on the flanging 28 in order to increase the expansion sleeve 26 in the axial direction by approximately 1% of its length stretch.
  • the piston 1 is in this case mounted in a mounting device, not shown in Fig. 2.
  • the yield strength of the compression sleeve 30 material can be increased by subjecting the compression sleeve 30 to a calculated compressive force that compresses the compression sleeve 30 by approximately 1% of its length.

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Abstract

Vorgeschlagen wird ein zweiteiliger Kolben (1) für einen Verbrennungsmotor mit einem Oberteil (2), das auf der Unterseite seines Kolbenbodens (4) einen Bolzen (31) mit einem Außengewinde (32) aufweist, und mit einem Unterteil (3), das ein Bodenteil (25) aufweist, an das radial innen eine in axialer Richtung elastisch dehnbaren Dehnhülse (26) angeformt ist, in die zum Verschrauben des Oberteils (2) mit dem Unterteil (3) der Bolzen (31) eingeführt ist, wobei die Dehnhülse (26) in axialer Richtung gedehnt wird. Das Material der Dehnhülse (26) weist zur Verbesserung ihrer Festigkeit eine gegenüber dem restlichen Kolbenmaterial höhere Streckgrenze auf. Die Erhöhung der Streckgrenze wird durch eine bleibende Dehnung der Dehnhülse in axialer Richtung von näherungsweise 1 % ihrer Länge erreicht.

Description

Zweiteiliger Kolben für einen Verbrennungsmotor
Die Erfindung betrifft einen zweiteiligen Kolben für einen Verbrennungsmotor nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Aus der Offenlegungsschrift, DE 10 2005 060 548 A1 , ist ein zweiteiliger Kolben für einen Verbrennungsmotor bekannt, der aus einem Oberteil mit einem auf der Unterseite seines Kolbenbodens koaxial angeordneten Bolzen, der ein Außengewinde aufweist, und aus einem Unterteil besteht, an dessen Bodenteil radial innen eine koaxial angeordnete und in axialer Richtung elastisch dehnbaren Dehnhülse angeformt ist. Beim Verschrauben des Oberteils mit dem Unterteil wird der Bolzen in die Dehnhülse eingeführt ist, wonach eine Mutter auf den Bolzen geschraubt wird, der die Dehnhülse in axialer Richtung dehnt. Nachteilig ist hierbei, dass im Motorbetrieb auf die Dehnhülse eine über die Streckgrenze des Dehnhülsenmaterials hinausgehende, axial gerichtete Kraft ausgeübt werden kann, die zu einer bleibenden Längsdehnung der Dehnhülse und damit zu einer Lockerung der Schraubverbindung zwischen dem Oberteil und dem Unterteil des Kolbens führt.
Diesen Nachteil des Standes der Technik zu vermeiden ist Aufgabe der Erfindung. Gelöst wird die Aufgabe mit dem im Kennzeichen des Hauptanspruches stehenden Merkmal. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Hierbei wird durch eine plastische Verformung der Dehnhülse in axialer Richtung erreicht, dass die Streckgrenze des Dehnhülsenmaterials so weit erhöht wird, dass bei der im Motorbetrieb üblichen Zugbeanspruchung der Dehnhülse keine Gefahr der Plastifizierung des Dehnhülsenmaterials und damit der Lockerung der Schraubverbindung zwischen Kolbenoberteil und Kolbenunterteil mehr besteht. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 ein Schnittbild eines zweiteiligen Kolbens, dessen Oberteil und dessen Unterteil mittels einer Mutter mit angeformter Stauchhülse miteinander verschraubt sind, und
Fig. 2 eine Montagehilfe, womit die Streckgrenze einer am Kolbenunterteil angebrachten Dehnhülse durch eine bleibende Dehnung erhöht wird.
In Fig. 1 ist ein zweiteiliger, gekühlter Kolben 1 dargestellt, der aus einem Oberteil 2 und einem Unterteil 3 besteht. Das Oberteil 2 und das Unterteil 3 können aus Stahl oder aus einem anderen metallischen Werkstoff gefertigt sein. Ein Kolbenboden 4 begrenzt die axiale Oberseite des Oberteils 2, dessen radial innerer Bereich eine Verbrennungsmulde 5 aufweist. An den Außenrand des Kolbenbodens 4 ist eine Ringwand 6 angeformt, deren Außenfläche kolbenbodenseitig einen Feuersteg 7 bildet, woran sich schaftseitig eine Ringpartie 8 mit Ringnuten zur Aufnahme von in der Figur nicht dargestellten Kolbenringen anschließt.
An der dem Kolbenboden 4 abgewandten Unterseite des Unterteils 3 sind zwei Bolzennaben 9, 91 mit je einer Bolzenbohrung 10, 10" angeordnet, deren Stirnseiten 11 gegenüber der Ringwand 6 in Richtung Kolbenachse 12 zurückgesetzt angeordnet sind. Die Bolzennaben 9, 91 sind über Kolbenschaftelemente 13, 13' miteinander verbunden.
Das Oberteil 2 und das Unterteil 3 des Kolbens 1 stehen über eine innere Auflage 14 und über eine konzentrisch dazu angeordnete, äußere Auflage 15 miteinander in Verbindung. Die innere Auflage 14 wird von einer auf der der Verbrennungsmulde 5 abgewandten Seite des Oberteils 2 angeordneten Auflagefläche 16 und von einer kolbenbodenseitig auf einer ringförmigen Tragrippe 17 des Unterteils 3 angeordneten Auflagefläche 18 gebildet. Die äußere Auflage 15 wird von einer die Unterseite der Ringwand 6 begrenzenden Auflagefläche 19 und von einer kolbenbodenseitig auf einem ringförmigen Tragsteg 20 des Unterteils 3 angeordneten Auflagefläche 21 gebildet. Vom Oberteil 2 und vom Unterteil 3 des Kolbens 1 wird ein im kolbenbodenseitigen Randbereich des Kolbens 1 angeordneter Kühlkanal 22 gebildet, dessen radial äußere Begrenzung von der Ringwand 6, dessen radial innere Begrenzung teils von der Tragrippe 17 und teils vom Kolbenboden 4 und dessen axial untere Begrenzung vom Unterteil 3 des Kolbens 1 gebildet werden. Über Einlassöffnungen 23 wird Kühlöl in den Kühlkanal 22 eingeleitet.
Der Kolben 1 weist einen weiteren, koaxial zur Kolbenachse 12 angeordneten, ringförmigen Kühlkanal 24 auf, der einen geringeren radialen Durchmesser als der äußere Kühlkanal 22 hat und in radialer Richtung gesehen innerhalb des äußeren Kühlkanals 22 angeordnet ist. Axial oben wird der innere Kühlkanal 24 vom Kolbenboden 4, radial außen von der Tragrippe 17 und radial unten von einem dünnwandig und elastisch nachgiebig ausgebildeten, oberen Bodenteil 25 des Unterteils 3 begrenzt, an das radial innen eine nach axial oben gerichtet Dehnhülse 26 angeformt ist, deren axial oben liegende, erste Öffnung 27 mit einer insoweit nach radial innen gerichteten Bördelung 28 versehen ist, dass die Unterseite der Bördelung 28 als Anschlag für eine an eine Mutter 29 angeformte Stauchhülse 30 dienen kann. Hierbei bildet die Dehnhülse 26 die radial innere Begrenzung des inneren Kühlkanals 24. In axialer Richtung weist die Dehnhülse 26 auf ihrer der ersten Öffnung 27 gegenüberliegenden Seite eine zweite Öffnung 43 auf. (Siehe hierzu Fig. 2)
Koaxial zur Kolbenachse 12 ist auf der Unterseite des Kolbenbodens 4 ein zylindrischer Bolzen 31 mit einer Mantelfläche angeformt, die einen kolbenbodenabgewand- ten Endbereich mit einem Außengewinde 32 aufweist, das dem Innengewinde der Mutter 29 entspricht, sodass die Mutter 29 auf das Außengewinde 32 aufschraubbar ist. Die axiale Länge des Bolzens 31 entspricht näherungsweise der axialen Länge der mit der Stauchhülse 30 versehenen Mutter 29. Der radiale Durchmesser des Bolzens 31 und insbesondere dessen Außengewindes 32 sind geringer als der radiale Durchmesser der ersten Öffnung 27 der Dehnhülse 26, sodass der Bolzen 31 problemlos in die erste Öffnung 27 einführbar ist. Der radiale Innendurchmesser der Stauchhülse 30 ist größer als der radiale Außendurchmesser des Außengewindes 32 des Bolzens 31. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der radiale Durchmesser des Bolzens 31 in einem Bereich zwischen dessen Außengewinde 32 und der Unterseite des Kolbenbodens 4 geringer ausgebildet als der Durchmesser des Außengewindes 32 und auch geringer als der Innendurchmesser der Stauchhülse 30, sodass sich zwischen der Stauchhülse 30 und dem Bolzen 31 ein ringförmiger Kühlraum 33 ergibt.
Über die Einlassöffnung 23 wird Kühlöl in den äußeren Kühlkanal 22 eingeleitet, das über einen Verbindungskanal 34 in den inneren Kühlkanal 24 fließt, von wo ein Teil des Öles über eine Öffnung 35 im oberen Bodenteil 25 des Unterteils 3 wieder zurück in das Kurbelgehäuse fließt. Ein kleiner Teil des Öles fließt über einen Spalt 36 zwischen der Bördelung 28 und der Unterfläche des Kolbenbodens 4 und über die erste Öffnung 27 der Dehnhülse 26 in den Kühlraum 33, von wo es über in das Außengewinde 32 des Bolzens 31 eingearbeitete und parallel zur Kolbenachse 12 liegende Ablaufkanäle zurück in das Kurbelgehäuse fließt, von denen in Fig. 1 ein Ablaufkanal 37 dargestellt ist. Dies bewirkt eine sehr gute Kühlung des thermisch hoch belasteten Oberteiles 2 des Kolbens 1.
Beim Zusammenbau von Oberteil 2 und Unterteil 3 des Kolbens 1 wird zunächst der auf der Unterseite des Kolbenbodens 4 angeordnete Bolzen 31 durch die erste Öffnung 27 der Dehnhülse 26 geführt, die an die zweite Öffnung 43 im oberen Bodenteil 25 des Kolbenunterteiles 3 angeformt ist. Im weiteren Verlauf der Montage des Kolbens 1 werden das Oberteil 2 und das Unterteil 3 des Kolbens 1 koaxial zueinander ausgerichtet, was dadurch erreicht wird, dass der Tragsteg 20 im Schnitt die Form einer nach radial innen und axial in Richtung des Kolbenbodens 4 gerichteten Stufe aufweist, und dass die untere Stirnseite der Ringwand 6 auf der Innenseite eine zylinderförmige Ausnehmung 38 aufweist, deren Innenform der Außenform des Tragsteges 20 entspricht, sodass bei der Montage von Ober- und Unterteil 2, 3 des Kolbens 1 der Tragsteg 20 in die Ausnehmung 38 eingeführt wird, und damit Oberteil 2 und Unterteil 3 koaxial ausgerichtet werden.
Im Anschluss daran wird die Stauchhülse 30 der Mutter 29 über das Außengewinde 32 des Bolzens 31 geschoben, bis das Innengewinde der Mutter 29 in Kontakt mit dem Außengewinde 32 des Bolzens 31 kommt. Die Mutter 29 wird nun insoweit auf das Außengewinde 32 aufgeschraubt, bis die obere Stirnseite der Stauchhülse 30 in Anlage an die Bördelung 28 der Dehnhülse 26 gelangt.
Ein weiteres Festschrauben der Mutter 29 unter Aufwendung eines gewissen Drehmomentes bewirkt nun, dass sich das elastisch nachgiebige, obere Bodenteil 25 tellerfederartig in Richtung Kolbenboden 4 verformt, dass sich die dünnwandig ausgebildete Dehnhülse 26 axial dehnt, dass die ebenfalls dünnwandig ausgebildete Stauchhülse 30 axial zusammengestaucht wird, dass der mittlere Teil des Bolzens 31 mit reduziertem radialem Durchmesser eine Dehnung erfährt, und dass sich der die Verbrennungsmulde 5 begrenzende Teil des Kolbenbodens 4 tellerfederartig in Schaftrichtung verformt. Diese elastischen Verformungen der Kolbenteile 25, 26, 30, 31 und 4 bewirken eine sehr flache Kennlinie der Schraubverbindung zwischen Mutter 29 und Bolzen 31 , die dieser Schraubverbindung unabhängig von Temperatureinflüssen und von mechanischen Einflüssen auf den Kolben 1 eine große Festigkeit verleiht.
Im Motorbetrieb hierbei besteht die Gefahr, dass insbesondere beim Ansaugtakt auf die Dehnhülse 26 eine über die Streckgrenze des Dehnhülsenmaterials hinausgehende Kraft in Richtung des Pfeils 40 ausgeübt wird, die zu einer bleibenden Längsdehnung dieses Materials und damit zu einer Lockerung der Schraubverbindung zwischen Oberteil 2 und Unterteil 3 des Kolbens 1 führt. Deshalb wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, die Streckgrenze des Dehnhülsenmaterials dadurch zu erhöhen, dass die Dehnhülse im kalten Zustand einer kontrollierten Zugbeanspruchung unterzogen wird, wodurch sie eine bleibende Dehnung in axialer Richtung von näherungsweise 1 % ihrer Länge erfährt, ohne dass die Duktilität des Dehnhülsenmaterials dabei beeinträchtigt wird.
Um auf die Dehnhülse 26 die vorgeschlagene Zugbeanspruchung auszuüben, kann gemäß Fig. 2 ein Gewindebolzen 41 mit einem Außendurchmesser verwendet werden, der etwas kleiner als der Innendurchmesser der ersten Öffnung 27 in der die Dehnhülse 26 kolbenbodenseitig begrenzenden Bördelung 28 ist, damit der Gewindebolzen 41 problemlos durch die erste Öffnung 27 und die zweite Öffnung 43 hindurchführbar ist. Am unteren Ende ist auf den Gewindebolzen 41 eine Mutter 42 mit zylinderförmiger Außenfläche geschraubt, deren Außendurchmesser etwas kleiner als der Innendurchmesser der Dehnhülse 26 aber etwas größer als der Innendurchmesser der ersten Öffnung 27 ist, sodass der Gewindebolzen 41 mit aufgeschraubter Mutter 42 durch die zweite Öffnung 43 und durch den Innenraum der Dehnhülse 26 geführt werden kann, bis die obere Stirnseite der Mutter 42 in Anschlag an die Unterseite der Bördelung 28 gelangt.
Um Anschluss daran wird auf den Gewindebolzen 41 eine Zugkraft in Richtung des Pfeils 40 ausgeübt, der über die an der Bördelung 28 anliegenden Mutter 42 auf die Dehnhülse 26 eine kontrollierte Zugbeanspruchung ausübt, um die Dehnhülse 26 in axialer Richtung um näherungsweise 1 % ihrer Länge zu dehnen. Der Kolben 1 ist hierbei in einer in Fig. 2 nicht dargestellten Montagevorrichtung befestigt.
Hierdurch wird erreicht, dass die Streckgrenze des Kolbenmaterials im Bereich der Dehnhülse 26 so weit erhöht wird, dass bei einer Zugbeanspruchung der Dehnhülse 26 im Motorbetrieb keine Gefahr der Plastifizierung des Dehnhülsenmaterials und damit des Verlustes der Vorspannung beziehungsweise der Lockerung der Schraubverbindung zwischen Kolbenoberteil 2 und Kolbenunterteil 3 mehr besteht.
Zur Erhöhung der Streckgrenze des Materials der Dehnhülse 26 ist es auch möglich, die Dehnhülse 26 mittels einer in den Figuren nicht dargestellten Montagevorrichtung mit einer kalkulierten Druckkraft zu beaufschlagen, die die Dehnhülse 26 um näherungsweise 1 % ihrer Länge in axialer Richtung staucht.
Ebenso kann die Streckgrenze des Materials der Stauchhülse 30 erhöht werden, indem die Stauchhülse 30 einer kalkulierten Druckkraft ausgesetzt wird, die die Stauchhülse 30 um näherungsweise 1 % ihrer Länge staucht. Bezuqszeichenliste
1 Kolben
2 Oberteil
3 Unterteil
4 Kolbenboden
5 Verbrennungsmulde
6 Ringwand
7 Feuersteg
8 Ringpartie
9, 91 Bolzennabe
10, 10' Bolzenbohrung
11 Stirnseite der Bolzennabe 9, 9'
12 Kolbenachse
13, 13' Kolbenschaftelement
14 innere Auflage
15 äußere Auflage
16 Auflagefläche des Oberteils 2
17 Tragrippe des Unterteiles 3
18 Auflagefläche des Unterteiles 3
19 Auflagefläche
20 Tragsteg
21 Auflagefläche
22 äußerer Kühlkanal
23 Einlassöffnung
24 innerer Kühlkanal
25 oberes Bodenteil des Unterteiles 3
26 Dehnhülse
27 erste Öffnung
28 Bördelung
29 Mutter
30 Stauchhülse
31 Bolzen Außengewinde Kühlraum Verbindungskanal, Ölzulauföffnung Öffnung, Ölablauföffnung Spalt ',37" Ablaufkanal zylinderförmige Ausnehmung Bohrung Pfeil Gewindebolzen Mutter zweite Öffnung

Claims

Patentansprüche
1. Zweiteiliger Kolben (1 ) für einen Verbrennungsmotor
- mit einem Oberteil (2), das einen Kolbenboden (4) bildet, und auf dessen dem Kolbenboden (4) abgewandter Unterseite ein koaxial zur Kolbenachse (12) liegender, zylindrischer Bolzen (31 ) mit einem Außengewinde (32) angeformt ist,
- mit einem Unterteil (3), das aus einem Bodenteil (25) besteht, auf dessen Unterseite Bolzennaben (9, 9') mit Bolzenbohrungen (10, 10') und die Bolzennaben (9, 9') miteinander verbindende Schaftelemente (13, 13') angeordnet sind,
- wobei das Bodenteil (25) eine koaxial zur Kolbenachse (12) liegende zweite Öffnung (43) aufweist, an deren Rand eine nach oben gerichtete, in axialer Richtung elastisch dehnbaren Dehnhülse (26) angeformt ist, die an ihrem kolbenbodenseitigen Ende eine erste Öffnung (27) aufweist, wobei der Bolzen (31) in die erste und die zweite Öffnung (43, 27) eingeführt ist,
- wobei die erste Öffnung (27) mit einer nach radial innen gerichteten Börde- lung (28) versehen ist, deren Innenradius größer als der Außenradius des Bolzens (31 ) ist, und
- wobei das Oberteil (2) und das Unterteil (3) mittels einer auf das Außengewinde (32) des Bolzens (31 ) aufgeschraubten Mutter (29) miteinander verbunden sind, die kolbenbodenseitig an der Bördelung (28) anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass das Material, aus dem die Dehnhülse (26) besteht, eine im Vergleich zum restlichen Kolbenmaterial höhere Streckgrenze aufweist.
2. Kolben (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung der Streckgrenze die Dehnhülse (26) ausgehend vom fertig hergestellten Kolbenunterteil (3) um 0,5 % bis 5 % ihrer Länge in axialer Richtung plastisch verformt wird.
3. Kolben (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung der Streckgrenze die Dehnhülse (26) ausgehend vom fertig hergestellten Kolbenunterteil (3) um näherungsweise 1 % ihrer Länge in axialer Richtung plastisch verformt ist.
4. Kolben (1 ) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung der Streckgrenze die Dehnhülse (26) ausgehend vom fertig hergestellten Kolbenunterteil (3) in axialer Richtung gedehnt ist.
5. Kolben (1 ) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung der Streckgrenze die Dehnhülse (26) ausgehend vom fertig hergestellten Kolbenunterteil (3) in axialer Richtung gestaucht ist.
6. Kolben (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Mutter (29) kolbenbodenseitig eine koaxial zur Kolbenachse (12) liegende, in axialer Richtung elastische Stauchhülse (30) aufweist, die beim fertig montierten Kolben (1 ) kolbenbodenseitig an der Bördelung (28) anliegt, und deren Material eine im Vergleich zum restlichen Material der Mutter (29) höhere Streckgrenze aufweist.
7. Kolben (1 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung der Streckgrenze die Stauchhülse (30) in axialer Richtung um näherungsweise 1 % ihrer Länge gestaucht ist.
EP08861287A 2007-12-14 2008-12-01 Zweiteiliger kolben für einen verbrennungsmotor Withdrawn EP2229521A2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

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