WO2000020747A1 - Kolben mit kolbengrundkörper aus geschmiedetem stahl und einem kühlkanal - Google Patents

Kolben mit kolbengrundkörper aus geschmiedetem stahl und einem kühlkanal Download PDF

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Definitions

  • Piston with piston base made of forged steel and a cooling channel
  • the invention relates to a piston with a piston base made of forged steel and a cooling channel according to the preamble of claim 1.
  • Such a piston and a method for its production is known from DE 44 46 726 AI.
  • the problem with such pistons is that the ring band is only connected to the piston base body via the piston head and, as a result, the ring band represents a region susceptible to deformation.
  • the invention is therefore concerned with the problem of minimizing deformation in the region of the ring band in the case of generic pistons.
  • the inventive design - at least part of the ring band and the piston crown is formed by a component welded to the piston base body by two welds - the rigidity of the ring section is significantly increased.
  • the box-shaped shaft can be in the pressure-counter pressure direction either - as shown in the drawings - be separated from the ring band by a recess or it can be connected to this and thus also to the peripheral wall 10.
  • a piston made of cast iron is known from WO 80/02308, in which the upper part and the hub part are welded to one another and which has a circumferential rib above the hubs, but this is not welded to the upper part and has no stiffening function.
  • a piston is known in which parts of the ring band and a radially outer part of the piston crown are formed by a welded part.
  • this measure serves only to form a cooling channel, i. H. to solve a problem which, in the generic state of the art, is usually already solved by closing the cooling channel produced by machining by means of a metal sheet.
  • a piston is also known in which an upper part made of heat-resistant steel and a lower part made of extruded steel are welded.
  • Fig. 1 a piston according to the invention, cut on one side in the pin direction
  • Fig. 2 shows the piston according to the invention of FIG. 1, cut on one side in the DR-GDR direction
  • Fig. 3 shows another piston according to the invention, cut on one side in the pin direction
  • Fig. 4 the piston acc. Fig. 3, cut on one side in the DR-GDR direction.
  • the piston 1 consists of a piston base body 2 and a component 3 welded to it, which contains part of the ring section and the top land and part of the piston crown 5.
  • the ring section and the top land are designated together with the reference number 4.
  • a combustion bowl 6 is arranged in the piston crown 5.
  • the piston base body consists of the hubs, which have a hub bore 7, the hub supports 8 and the connecting walls 9 between the hubs, a circumferential wall 10 which is formed radially outside the hubs and the connecting walls 9 between the hubs and the piston head 5 and which is formed above the hub bores 7 with the combustion bowl 6.
  • the circumferential wall 10 extends from the hubs or the connecting walls between the hub supports radially outwards and obliquely upwards.
  • the weld seams are arranged as an axial seam in the radially outer area of the piston crown and as a radial seam in the area of the ring band between groove II and groove III.
  • the box-shaped shaft 11 can either be connected only to the hubs or additionally to the ring band 4.
  • the peripheral wall 10 essentially forms a lower boundary of a cooling duct 12 and the welded-in component 3 essentially forms a radially outer boundary of the cooling duct 12.

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Abstract

Bei einem Kolben (1) mit Kühlkanal (12), der einen Kolbengrundkörper (2) aus geschmiedetem Stahl mit einem kastenförmigen Schaft (11), Naben und Nabenabstützungen und Verbindungswände (9) zwischen den Nabenabstützungen (8) sowie eine Verbrennungsmulde (6) aufweist, soll die Steifikeit der Ringpartie erhöht werden. Hierzu weist der Kolben (1) oberhalb der Nabenbohrungen (7) eine umlaufende Wand auf. Zwischen dieser Wand und dem Kolbenboden (5) ist ein Bauteil eingeschweißt, das den Kühlkanal (12) begrenzt. Durch diese Konstruktion wird bei gattungsgemäßen Kolben (1) die Steifigkeit der Ringpartie erhöht.

Description

Kolben mit Kolbengrundkörper aus geschmiedetem Stahl und einem Kühlkanal
Die Erfindung betrifft einen Kolben mit einem Kolbengrundkörper aus geschmiedetem Stahl und einem Kühlkanal nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiger Kolben und ein Verfahren zu seiner Herstellung ist aus der DE 44 46 726 AI bekannt. Bei derartigen Kolben besteht das Problem, daß die Anbindung des Ringbandes an den Kolbengrundkörper nur über den Kolbenboden erfolgt und infolgedessen das Ringband einen verformungsanfälligen Bereich darstellt.
Die Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, bei gattungsgemäßen Kolben Verformungen im Bereich des Ringbands zu minimieren.
Dieses Problem wird gelöst durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Durch die erfindungsgemäße Gestaltung - zumindest ein Teil des Ringbands und des Kolbenbodens wird durch ein durch zwei Schweißnähte mit dem Kolbengrundkörper verschweißtes Bauteil gebildet - wird die Steifigkeit der Ringpartie deutlich erhöht.
Der kastenförmige Schaft kann in Druck-Gegendruckrichtung entweder - wie in den Zeichnungen dargestellt - durch eine Ausnehmung vom Ringband getrennt sein oder er kann mit diesem und damit auch mit der umlaufenden Wand 10 verbunden sein .
Zwar ist aus der WO 80/02308 ein Kolben aus Gußeisen bekannt, bei dem Oberteil und Nabenteil miteinander verschweißt sind und der oberhalb der Naben eine umlaufende Rippe aufweist, diese ist jedoch nicht mit dem Oberteil verschweißt und hat keine Versteifungsfunktion.
Aus der DE 24 34 902 A ist ein Kolben bekannt, bei dem Teile des Ringbands und ein radial außenliegender Teil des Kolbenbodens durch ein eingeschweißtes Teil gebildet werden. Diese Maßnahme dient jedoch ausschließlich zur Bildung eines Kühlkanals, d. h. zur Lösung eines Problems, das beim gattungsgemäßen Stand der Technik im Regelfall schon durch Verschluß des spanend erzeugten Kühlkanals durch ein Blech gelöst ist.
Aus der DE 30 32 671 A ist ferner ein Kolben bekannt, bei dem ein Oberteil aus warmfestem Stahl und ein Unterteil aus fließgepreßtem Stahl verschweißt sind.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Kolben, halbseitig in Bolzenrichtung geschnitten
Fig. 2 den erfindungsgemäßen Kolben nach Fig. 1, halbseitig geschnitten in DR-GDR-Richtung Fig. 3 einen weiteren erfindungsgemäßen Kolben, halbseitig in Bolzenrichtung geschnitten
Fig. 4 den Kolben gem. Fig. 3, halbseitig geschnitten in DR-GDR-Richtung.
Der Kolben 1 besteht aus einem Kolbengrundkörper 2 und einem mit diesem verschweißtem Bauteil 3, das einen Teil der Ringpartie und den Feuersteg sowie einen Teil des Kolbenbodens 5 beinhaltet. Die Ringpartie und der Feuersteg werden gemeinsam mit dem Bezugszeichen 4 bezeichnet. Im Kolbenboden 5 ist eine Verbrennungsmulde 6 angeordnet. Der Kolbengrundkörper besteht aus den Naben, die eine Nabenbohrung 7 aufweisen, den Nabenabstützungen 8 und den Verbindungswänden 9 zwischen den Naben, einer oberhalb der Nabenbohrungen 7 angeformten, radial außerhalb der Naben und der Verbindungswände 9 zwischen den Naben liegenden umlaufenden Wand 10 und dem Kolbenboden 5 mit der Verbrennungsmulde 6.
Die umlaufende Wand 10 verläuft von den Naben bzw. den Verbindungswänden zwischen den Nabenabstützungen ausgehend nach radial außen schräg nach oben.
Die Schweißnähte sind als Axialnaht im radial außenliegenden Bereich des Kolbenbodens und als Radialnaht im Bereich des Ringbands zwischen Nut II und Nut III angeordnet.
Der kastenförmige Schaft 11 kann entweder nur mit den Naben oder zusätzlich mit dem Ringband 4 verbunden sein.
Die umlaufende Wand 10 bildet im wesentlichen eine untere Begrenzung eines Kühlkanals 12 und das eingeschweißte Bauteil 3 bildet im wesentlichen eine radial äußere Begrenzung des Kühlkanals 12.

Claims

Patentansprüche
Kolben (1) mit einem Kühlkanal (12), der einen Kolbengrundkörper (2) aus geschmiedetem Stahl mit einem kastenförmigen Schaft (11), Naben mit Nabenbohrungen (7) und Nabenabstützungen (8) und Verbindungswänden (9) zwischen den Nabenabstützungen sowie eine Verbrennungsmulde (6) aufweist, gekennzeichnet durch die Merkmale
- axial oberhalb der Nabenbohrungen ( 7 ) ist radial außerhalb der Nabenabstützung (8) und der Verbindungswände (9) einstückig mit dem Kolbengrundkörper (2) eine umlaufende Wand (10) angeformt,
- zumindest ein Teil des Ringbands und ein radial außen liegender Teil des Kolbenbodens (5) werden durch ein mit dem Kolbengrundkörper (2) verschweißtes Bauteil (3) gebildet,
- die umlaufende Wand (10) des Kolbengrundkörpers (2) und das mit dem Kolbengrundkörper (2) verschweißte Bauteil (3) bilden gemeinsam eine radial äußere und axial untere Begrenzungswand eines Kühlkanals (12), wodurch sich im Bereich der Ringpartie eine biegesteife Zone ergibt,
- der Stahl des Kolbengrundkörpers ( 2 ) hat ein Kohlenstoffäquivalent von mindestens 0,3 %,
- die Schweißnähte sind im MIG- oder MAG-Schweißver- fahren, durch Laserschweißen oder durch Elektronen- strahlschweißen hergestellt. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Innenform des Kolbens (1) ein federndes Blech (13) die untere Begrenzung eines inneren Kühlraumes bildet, das unter eigener Federvorspannung im Bereich der Nabenabstützung (8) fixiert ist.
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