WO2012113381A1 - Piston/connecting rod assembly - Google Patents

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    • F16J1/005—Pistons; Trunk pistons; Plungers obtained by assembling several pieces
    • F16J1/006—Pistons; Trunk pistons; Plungers obtained by assembling several pieces of different materials

Definitions

  • Pistons in internal combustion engines essentially have at least three components: a piston crown, which in the cylinder is e.g. with a fuel-air mixture in contact, a piston skirt as a cylindrical, adjacent to the piston crown component, which with play in the
  • Cylinder bore fits, and a piston pin, which connects the piston with the connecting rod.
  • Passenger vehicles are preferred due to the weight saving piston made of aluminum. Forged steel pistons are used e.g. in
  • a steel piston usually consists of two parts - the forged piston crown with ring field and the Koibschaft with pin boss - which by Reibsch disturb Kunststoff or by
  • the invention has the object to provide a piston-rod assembly with a simplified backup of the piston pin.
  • the invention achieves the object with a piston-rod arrangement, which has at least the following: a piston upper part which has a piston crown and a piston skirt which adjoins the piston crown laterally; a piston lower part, which has at least one recess; at least one piston pin and a connecting rod, wherein the connecting rod
  • the piston has at least one small connecting rod eye.
  • the small connecting rod eye is arranged in the piston lower part, the piston pin protrudes through the small connecting rod eye of the connecting rod and is at least partially disposed in the at least one recess of the piston lower part and the piston skirt of the piston upper part comprises the piston lower part at least partially.
  • the piston consists for example of two forgings. An advantage of the arrangement according to the invention is, for example, that different materials for upper and lower part can be used. In one embodiment, at least two recesses are provided.
  • An embodiment of the invention provides that the upper piston part and the lower piston part are connected to each other at least by a press fit.
  • An embodiment of the invention includes that the upper piston part and the lower piston part are connected to each other only by a press fit.
  • An embodiment of the invention provides that the piston skirt of the
  • Piston shell the piston lower part at least at the height of at least a recess of the piston lower part comprises at least partially.
  • the securing of the bolt is taken over by the piston skirt, which up to the height of the bolt comprises the lower piston part and thus causes an axial fixation.
  • An embodiment of the invention includes that the piston pin touches with two end portions of an inner wall of the piston skirt of the piston upper part.
  • Recesses are provided, and that the two recesses are diametrically opposed.
  • An embodiment of the invention includes that the two recesses are through holes or a through hole.
  • An embodiment of the invention provides that the upper piston part and the lower piston part consist of the same material, or that the
  • Upper piston part and lower part of the piston are made of different materials.
  • An embodiment of the invention includes that
  • Upper piston part and / or the lower piston part at least partially made of steel.
  • FIG. 1 is a perspective view of a piston-connecting rod arrangement according to the invention
  • 2 is a perspective view of the piston upper part of the arrangement of Fig. 1
  • FIG. 3 is a perspective view of the piston lower part of the arrangement of Fig. 1, and
  • FIG. 4 shows a plan view of the connecting rod of the arrangement of FIG. 1.
  • Fig. 1 shows a piston-connecting rod assembly according to the invention, in which the small eye of the connecting rod 40 is disposed within the piston lower part 20.
  • the piston pin 30 protrudes through the small connecting rod eye and the two recesses of the piston lower part 20 and thus serves the attachment of the connecting rod 40.
  • the axial fixation of the piston pin 30 is realized in that the piston skirt 12 of the piston upper part 10, the recesses of the piston lower part 20 and thus the both ends of the
  • Piston pin 30 partially covered or touched.
  • the connection between the upper piston part 10 and the lower piston part 20 is realized in particular by a press fit. 2, the piston upper part 10 with the rotationally symmetrical
  • Piston skirt 12 shown, which adjoins the piston head 11 laterally. Evident are in particular the two small projections or lugs, which cause the axial fixation of the piston pin in the assembled piston-connecting rod assembly.
  • the piston upper part 10 has a substantially completely circumferential edge, which serves to fix the piston pin.
  • the piston lower part 20 with the piston shaft 21 is shown in FIG. Evident are the two continuous recesses 22. Both in the piston upper part 10, as well as in the lower piston part 20 is preferably solid-shaped elements, which consist for example of steel.
  • FIG. 4 shows the connecting rod 40 with the small connecting rod eye 41.

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Abstract

The invention relates to a piston/connecting rod assembly, comprising an upper piston part (10), which has a piston crown and a piston skirt (12) laterally adjacent to the piston crown, a lower piston part (20), which has at least one hole, a wrist pin (30), and a connecting rod (40), wherein the connecting rod has a small connecting rod eye, wherein the small connecting rod eye is arranged in the lower piston part, wherein the wrist pin reaches through the small connecting rod eye of the connecting rod and is partially arranged in the at least one hole of the lower piston part, and wherein the piston skirt of the upper piston part at least partially surrounds the lower piston part.

Description

Kolben-Pleuel-Anordnung  Piston-connecting rod assembly
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kolben-Pleuel-Anordnung. Kolben in Verbrennungsmotoren weisen im Wesentlichen zumindest drei Komponenten auf: einen Kolbenboden, welcher im Zylinder z.B. mit einem Brennstoff-Luft-Gemisch in Kontakt steht, ein Kolbenhemd als zylindrisches, an den Kolbenboden angrenzendes Bauteil, welches mit Spiel in die The invention relates to a piston-rod arrangement. Pistons in internal combustion engines essentially have at least three components: a piston crown, which in the cylinder is e.g. with a fuel-air mixture in contact, a piston skirt as a cylindrical, adjacent to the piston crown component, which with play in the
Zylinderbohrung passt, und einen Kolbenbolzen, weicher den Kolben mit dem Pleuel verbindet. Cylinder bore fits, and a piston pin, which connects the piston with the connecting rod.
Aufgrund der zunehmenden Zylinderdrücke in aufgeladenen Motoren stößt Aluminium als Kolbenwerkstoff an seine Belastungsgrenze. In Due to the increasing cylinder pressures in turbocharged engines, aluminum, as a piston material, encounters its load limit. In
Personenfahrzeugen werden aufgrund der Gewichtseinsparung Kolben aus Aluminium bevorzugt. Kolben aus geschmiedetem Stahl werden z.B. in Passenger vehicles are preferred due to the weight saving piston made of aluminum. Forged steel pistons are used e.g. in
Motoren für Nutzfahrzeuge verwendet. Ein Stahlkolben besteht meist aus zwei Teilen - dem geschmiedeten Kolbenboden mit Ringfeld und dem Koibenschaft mit Bolzennabe - welche durch Reibschweißverfahren oder durch  Motors used for commercial vehicles. A steel piston usually consists of two parts - the forged piston crown with ring field and the Koibschaft with pin boss - which by Reibschweißverfahren or by
hochwertige Verschraubungselemente miteinander verbunden werden. Mit Schwierigkeiten behaftet sein kann das Reibschweißen, wenn Ober- und Unterteil aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen. Die Verwendung unterschiedlicher Materialien mit deren spezifischen Eigenschaften wäre jedoch vorteilhaft (technisch, wirtschaftlich und in Bezug auf das Gewicht). Nachteilig am Verschrauben sind die hohen Kosten und die erforderlichen sehr engen Toleranzen. Im Kurbeltrieb verbindet der Kolbenbolzen den Kolben mit dem Pleuel. Um eine axiale Verschiebung des Bolzens zu verhindern, wird dieser beispielsweise durch einen Querpressverband mit dem kleinen Pleuelauge fest verbunden. Eine Alternative ist die Sicherung durch zwei Spreizringe. Das Aufschrumpfen des Kolbenbolzens mit dem Pleuel für das Erzeugen eines Querpressverbandes ist ebenso kostenintensiv wie das Sichern durch Spreizringe. Bei beiden Varianten sind zudem mehrere Teile und Bearbeitungsschritte notwendig. high-quality screwing elements are interconnected. Friction welding can be problematic if the upper and lower parts are made of different materials. However, the use of different materials with their specific properties would be advantageous (technical, economical and in terms of weight). Disadvantages of screwing are the high costs and the required very tight tolerances. In the crank mechanism, the piston pin connects the piston to the connecting rod. In order to prevent an axial displacement of the bolt, this is firmly connected, for example, by a transverse compression bandage with the small connecting rod eye. An alternative is the protection by two spreader rings. The shrinking of the piston pin with the connecting rod for generating a cross press dressing is as costly as that Secure by expanding rings. Both variants also require several parts and processing steps.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kolben-Pleuel-Anordnung mit einer vereinfachten Sicherung des Kolbenbolzens vorzuschlagen. The invention has the object to provide a piston-rod assembly with a simplified backup of the piston pin.
Die Erfindung löst die Aufgabe mit einer Kolben-Pleuel-Anordnung, welche zumindest folgendes aufweist: ein Kolbenoberteil, welches einen Kolbenboden und ein seitlich an den Kolbenboden angrenzendes Kolbenhemd aufweist; ein Kolbenunterteil, welches mindestens eine Aussparung aufweist; mindestens einen Kolbenbolzen und eine Pleuelstange, wobei die Pleuelstange The invention achieves the object with a piston-rod arrangement, which has at least the following: a piston upper part which has a piston crown and a piston skirt which adjoins the piston crown laterally; a piston lower part, which has at least one recess; at least one piston pin and a connecting rod, wherein the connecting rod
mindestens ein kleines Pleuelauge aufweist. Dabei ist das kleine Pleuelauge im Kolbenunterteil angeordnet, der Kolbenbolzen ragt durch das kleine Pleuelauge der Pleuelstange hindurch und ist zumindest teilweise in der mindestens einen Aussparung des Kolbenunterteils angeordnet und das Kolbenhemd des Kolbenoberteils umfasst das Kolbenunterteil zumindest teilweise. Der Kolben besteht beispielsweise aus zwei Schmiedeteilen. Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht beispielsweise darin, dass unterschiedliche Materialien für Ober- und Unterteil verwendet werden können. In einer Ausgestaltung sind mindestens zwei Aussparungen vorgesehen. has at least one small connecting rod eye. The small connecting rod eye is arranged in the piston lower part, the piston pin protrudes through the small connecting rod eye of the connecting rod and is at least partially disposed in the at least one recess of the piston lower part and the piston skirt of the piston upper part comprises the piston lower part at least partially. The piston consists for example of two forgings. An advantage of the arrangement according to the invention is, for example, that different materials for upper and lower part can be used. In one embodiment, at least two recesses are provided.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Kolbenoberteil und das Kolbenunterteil zumindest durch einen Pressverband miteinander verbunden sind. An embodiment of the invention provides that the upper piston part and the lower piston part are connected to each other at least by a press fit.
Eine Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet, dass das Kolbenoberteil und das Kolbenunterteil nur durch einen Pressverband miteinander verbunden sind. Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Kolbenhemd desAn embodiment of the invention includes that the upper piston part and the lower piston part are connected to each other only by a press fit. An embodiment of the invention provides that the piston skirt of the
Kolbenoberteils das Kolbenunterteil zumindest auf der Höhe der mindestens einen Aussparung des Kolbenunterteils zumindest teilweise umfasst. Die Sicherung des Bolzens wird durch das Kolbenhemd übernommen, welches bis auf die Höhe des Bolzens das Kolbenunterteil umfasst und somit eine axiale Fixierung bewirkt. Auf eine zusätzliche Kolbenbolzensicherung wie im Stand der Technik wird bei der erfindungsgemäßen Anordnung in dieser Piston shell the piston lower part at least at the height of at least a recess of the piston lower part comprises at least partially. The securing of the bolt is taken over by the piston skirt, which up to the height of the bolt comprises the lower piston part and thus causes an axial fixation. On an additional piston pin safety device as in the prior art is in the inventive arrangement in this
Ausgestaltung verzichtet. Design omitted.
Eine Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet, dass der Kolbenbolzen mit zwei Endbereichen eine Innenwand des Kolbenhemdes des Kolbenoberteils berührt. An embodiment of the invention includes that the piston pin touches with two end portions of an inner wall of the piston skirt of the piston upper part.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass mindestens zwei An embodiment of the invention provides that at least two
Aussparungen vorgesehen sind, und dass die zwei Aussparungen einander diametral gegenüberliegen. Recesses are provided, and that the two recesses are diametrically opposed.
Eine Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet, dass die zwei Aussparungen durchgehende Bohrungen oder eine durchgehende Bohrung sind. An embodiment of the invention includes that the two recesses are through holes or a through hole.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Kolbenoberteil und das Kolbenunterteil aus dem gleichen Material bestehen, oder dass das An embodiment of the invention provides that the upper piston part and the lower piston part consist of the same material, or that the
Kolbenoberteil und das Kolbenunterteil aus unterschiedlichen Materialen bestehen. Eine Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet, dass das  Upper piston part and lower part of the piston are made of different materials. An embodiment of the invention includes that
Kolbenoberteil und/oder das Kolbenunterteil zumindest teilweise aus Stahl besteht. Upper piston part and / or the lower piston part at least partially made of steel.
Die Erfindung wird anhand einiger in den Figuren dargestellter The invention will be illustrated with reference to some in the figures
Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen: Embodiments explained in more detail. Showing:
Fig. 1 : eine räumliche Darstellung einer erfindungsgemäßen Kolben-Pleuel- Anordnung, Fig. 2: eine räumliche Darstellung des Kolbenoberteils der Anordnung der Fig. 1 , 1 is a perspective view of a piston-connecting rod arrangement according to the invention, 2 is a perspective view of the piston upper part of the arrangement of Fig. 1,
Fig. 3: eine räumliche Darstellung des Kolbenunterteils der Anordnung der Fig. 1 , und 3 is a perspective view of the piston lower part of the arrangement of Fig. 1, and
Fig. 4: eine Draufsicht auf die Pleuelstange der Anordnung der Fig. 1. 4 shows a plan view of the connecting rod of the arrangement of FIG. 1.
Die Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Kolben-Pleuel-Anordnung, bei welcher das kleine Auge der Pleuelstange 40 innerhalb des Kolbenunterteils 20 angeordnet ist. Der Kolbenbolzen 30 ragt durch das kleine Pleuelauge und die beiden Aussparungen des Kolbenunterteils 20 hindurch und dient damit der Befestigung der Pleuelstange 40. Die axiale Fixierung des Kolbenbolzens 30 wird dadurch realisiert, dass das Kolbenhemd 12 des Kolbenoberteils 10 die Aussparungen des Kolbenunterteils 20 und somit die beiden Enden desFig. 1 shows a piston-connecting rod assembly according to the invention, in which the small eye of the connecting rod 40 is disposed within the piston lower part 20. The piston pin 30 protrudes through the small connecting rod eye and the two recesses of the piston lower part 20 and thus serves the attachment of the connecting rod 40. The axial fixation of the piston pin 30 is realized in that the piston skirt 12 of the piston upper part 10, the recesses of the piston lower part 20 and thus the both ends of the
Kolbenbolzens 30 teilweise überdeckt bzw. berührt. Die Verbindung zwischen dem Kolbenoberteil 10 und dem Kolbenunterteil 20 wird insbesondere durch einen Pressverband realisiert. In der Fig. 2 ist das Kolbenoberteil 10 mit dem rotationssymmetrischen Piston pin 30 partially covered or touched. The connection between the upper piston part 10 and the lower piston part 20 is realized in particular by a press fit. 2, the piston upper part 10 with the rotationally symmetrical
Kolbenhemd 12 dargestellt, welches sich seitlich an den Kolbenboden 11 anschließt. Zu erkennen sind insbesondere die zwei kleinen Vorsprünge oder Nasen, welche bei der zusammengebauten Kolben-Pleuel-Anordnung die axiale Fixierung des Kolbenbolzens bewirken. In einer alternativen Piston skirt 12 shown, which adjoins the piston head 11 laterally. Evident are in particular the two small projections or lugs, which cause the axial fixation of the piston pin in the assembled piston-connecting rod assembly. In an alternative
Ausgestaltung verfügt das Kolbenoberteil 10 um einen im Wesentlichen komplett umlaufenden Rand, welcher der Fixierung des Kolbenbolzens dient. Embodiment, the piston upper part 10 has a substantially completely circumferential edge, which serves to fix the piston pin.
Das Kolbenunterteil 20 mit dem Kolbenschaft 21 ist in der Fig. 3 dargestellt. Zu erkennen sind dabei die beiden durchgehenden Aussparungen 22. Sowohl bei dem Kolbenoberteil 10, als auch bei dem Kolbenunterteil 20 handelt es sich vorzugsweise um massivumgeformte Elemente, welche z.B. aus Stahl bestehen. The piston lower part 20 with the piston shaft 21 is shown in FIG. Evident are the two continuous recesses 22. Both in the piston upper part 10, as well as in the lower piston part 20 is preferably solid-shaped elements, which consist for example of steel.
Die Fig. 4 zeigt schließlich noch die Pleuelstange 40 mit dem kleinen Pleuelauge 41. Finally, FIG. 4 shows the connecting rod 40 with the small connecting rod eye 41.

Claims

Patentansprüche claims
1. Kolben-Pleuel-Anordnung, 1. piston-connecting rod arrangement,
mit einem Kolbenoberteil, welches einen Kolbenboden und ein seitlich an den Koibenboden angrenzendes Kolbenhemd aufweist, with a piston upper part which has a piston bottom and a piston skirt which adjoins the bottom of the piston plate laterally,
mit einem Kolbenunterteil, welches mindestens eine Aussparung aufweist, mit mindestens einem Kolbenbolzen, with a piston lower part, which has at least one recess, with at least one piston pin,
mit einer Pleuelstange, with a connecting rod,
wobei die Pleuelstange mindestens ein kleines Pleuelauge aufweist, wobei das kleine Pleuelauge im Kolbenunterteil angeordnet ist, wherein the connecting rod has at least one small connecting rod eye, wherein the small connecting rod eye is arranged in the piston lower part,
wobei der Kolbenbolzen durch das kleine Pleuelauge der Pleuelstange hindurchragt und zumindest teilweise in der mindestens einen Aussparung des Kolbenunterteils angeordnet ist, wherein the piston pin protrudes through the small connecting rod eye of the connecting rod and is arranged at least partially in the at least one recess of the piston lower part,
und wobei das Kolbenhemd des Kolbenoberteils das Kolbenunterteil zumindest teilweise umfasst. and wherein the piston skirt of the piston upper part at least partially surrounds the piston lower part.
2. Kolben-Pleuel-Anordnung nach Anspruch 1 , 2. piston-connecting rod assembly according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass das Kolbenoberteil und das Kolbenunterteil zumindest durch einen Pressverband miteinander verbunden sind. that the upper piston part and the lower piston part are connected to each other at least by a press fit.
3. Kolben-Pleuel-Anordnung nach Anspruch 1 , 3. piston-connecting rod assembly according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass das Kolbenoberteil und das Kolbenunterteil nur durch einen that the piston upper part and the piston lower part only by a
Pressverband miteinander verbunden sind. Press Association are interconnected.
4. Kolben-Pleuel-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 4. piston-connecting rod assembly according to one of claims 1 to 3,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass das Kolbenhemd des Kolbenoberteils das Kolbenunterteil zumindest auf der Höhe der mindestens einen Aussparung des Kolbenunterteils zumindest teilweise umfasst. the piston skirt of the upper piston part at least partially encloses the lower piston part at least at the level of the at least one recess of the piston lower part.
5. Kolben-Pleuel-Anordnung nach Anspruch 4, 5. piston-connecting rod assembly according to claim 4,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass der Kolbenbolzen mit zwei Endbereichen eine Innenwand des that the piston pin with two end portions an inner wall of
Kolbenhemdes des Kolbenoberteils berührt. Piston skirt of piston upper part touched.
6. Kolben-Pleuel-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 6. piston-connecting rod assembly according to one of claims 1 to 5,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass mindestens zwei Aussparungen vorgesehen sind, that at least two recesses are provided,
und dass die zwei Aussparungen einander diametral gegenüberliegen. and that the two recesses are diametrically opposed to each other.
7. Kolben-Pleuel-Anordnung nach Anspruch 6, 7. piston-connecting rod assembly according to claim 6,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die zwei Aussparungen durchgehende Bohrungen sind. that the two recesses are through holes.
8. Kolben-Pleuel-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, 8. piston-connecting rod assembly according to one of claims 1 to 7,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass das Kolbenoberteil und das Kolbenunterteil aus dem gleichen Material bestehen. that the piston upper part and the piston lower part consist of the same material.
9. Kolben-Pleuel-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, 9. piston-connecting rod assembly according to one of claims 1 to 7,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass das Kolbenoberteil und das Kolbenunterteil aus unterschiedlichen Materialen bestehen. that the upper piston part and the lower piston part consist of different materials.
10. Kolben-Pleuel-Anordnung nach Anspruch 8 oder 9, 10. piston-connecting rod assembly according to claim 8 or 9,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass das Kolbenoberteil und/oder das Kolbenunterteil zumindest teilweise aus Stahl besteht. that the upper piston part and / or the lower piston part consists at least partially of steel.
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