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EP0787898A1 - Articulated multiparts piston - Google Patents

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Publication number
EP0787898A1
EP0787898A1 EP97101072A EP97101072A EP0787898A1 EP 0787898 A1 EP0787898 A1 EP 0787898A1 EP 97101072 A EP97101072 A EP 97101072A EP 97101072 A EP97101072 A EP 97101072A EP 0787898 A1 EP0787898 A1 EP 0787898A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pendulum
piston
piston according
shaft
intermediate component
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Withdrawn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
EP97101072A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Arno Kolb
Klaus Griesbach
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.)
Kolbenschmidt AG
Original Assignee
Kolbenschmidt AG
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kolbenschmidt AG filed Critical Kolbenschmidt AG
Publication of EP0787898A1 publication Critical patent/EP0787898A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • 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
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M1/00—Pressure lubrication
    • F01M1/08—Lubricating systems characterised by the provision therein of lubricant jetting means
    • F01M2001/086—Lubricating systems characterised by the provision therein of lubricant jetting means for lubricating gudgeon pins
    • 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
    • F02F2200/00—Manufacturing
    • F02F2200/04—Forging of engine parts
    • 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
    • F05C2201/02—Light metals
    • F05C2201/021—Aluminium
    • 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
    • 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 pendulum-shaft piston, in particular for diesel engines with high supercharging, with an upper part forming the piston crown, the ring section and the top land and a lower part forming the piston skirt, which are connected to one another in an articulated manner by means of a piston pin, which in pin eyes of a pin chair belonging to the upper part and is stored in the pin boss of the lower part.
  • pendulum-shaft pistons with a one-piece forged steel upper part have already become known.
  • a forged steel top stands out against one cast steel upper part is characterized by higher strength values, but it is extremely expensive to manufacture. This means that undercuts cannot be made immediately, but have to be milled or turned afterwards. This is often not possible, since the bolt chair, which is very difficult to form itself with its flap-like design, severely limits access for machining tools.
  • the invention is therefore based on the object of improving a pendulum-shaft piston of the type mentioned at the outset with regard to more economical manufacture, the piston being to be at least equivalent to known piston in terms of load capacity and susceptibility to malfunction.
  • the upper part of the pendulum shaft piston according to the invention which forms the piston crown, the ring section and the top land, can be machined very well, since the accessibility for machining tools is not restricted by the bolt chair.
  • the upper part can also be very advantageously forged from steel, in particular from the tempering steel known under the designation 42 Cr Mo 4 V. Any necessary undercuts can then be cut in a turning process, or holes can be provided.
  • the invention offers the further advantage that the upper part forming the piston crown, the ring section and the top land, which in general is subject to faster wear than the intermediate component when subjected to extreme loads, can be exchanged for a new top. Due to the fact that the two parts can be assembled, it is possible to design a closed cooling space or cooling channel which is accessible and can be cleaned when the piston is overhauled.
  • the intermediate component is made from a cast iron material, in particular from cast iron with spheroidal graphite (GGG).
  • GGG cast iron with spheroidal graphite
  • the piston pin made of steel can run directly against the cast iron surfaces of the pin eyes; the use of a bearing bush is not necessary.
  • the upper part forming the piston crown, the ring section and the top land and the intermediate component are supported on one another via ring-shaped support surfaces and screwed together.
  • a central cooling space is provided between the piston crown and the intermediate component.
  • the intermediate component forms a radially inwardly extending bottom section of this central cooling space, which defines an oil outlet opening.
  • the bottom section can be from the outside be slightly inclined upwards against the horizontal. It is preferably molded onto the inside of a support collar forming the ring-shaped support surfaces.
  • the two-part design of the upper part advantageously allows an annular cooling channel to be defined or limited, the cooling channel being able to be produced by turning the upper part forming the piston crown, the ring section and the top land.
  • the intermediate component advantageously forms a bottom or delimits the cooling channel from below.
  • it has an edge region which forms an annular, rounded groove and is pulled upwards.
  • a cooling duct pendulum-shaft piston of the type mentioned above can be designed for the highest thermal stress by providing cooling bores in the upper part which extend from the inside of the cooling duct and extend behind the top land and which are arranged either parallel to the piston axis or slightly inclined to the outside can.
  • the above-mentioned upwardly drawn edge region of the intermediate part can form an outer support or support surface for the upper part.
  • the piston crown in the outer areas of the combustion bowl is relieved, so that there is the possibility, instead of the cooling bores, of expanding the cooling channel upwards behind the top land without the risk of piston crown breaks under heavy use.
  • the pendulum-shaft piston can also be designed in such a way that external support in the manner described only takes place under increased thermal loads, while in the cold state a gap is formed between the mentioned outer support surfaces of the intermediate part and the lower region of the ring section of the upper part of the piston.
  • An oscillating piston shown in FIG. 1 and designated overall by reference number 2 comprises an upper part 6 forming the piston crown 4, an intermediate component 10 forming the bolt seat 8 and a lower part 14 forming the piston skirt 12.
  • the upper part 6 and the intermediate component 10 to be assigned to it are as can be seen from the illustration on the right, screwed together using DIN screws 16, and the structural unit thus obtained is articulatedly connected to the lower part 14 via a piston pin, not shown, wherein in the intermediate component 10 or in the bolt chair 8 bolt eyes 18 for the Storage of the piston pin are formed.
  • the upper part 6 is preferably made of forged steel and is made from a steel disk blank.
  • the intermediate component 10 is preferably made of a cast iron material, such as spheroidal graphite cast iron (GGG).
  • the use of bushings for the piston pin is not necessary because the steel surface of the piston pin is good compared to cast iron "running".
  • the lower part 14 can consist of an aluminum alloy or of a cast iron material.
  • the intermediate component 10 has an annular disk-shaped support collar 20 which runs transversely to the piston axis, against which the upper part 6 rests with a complementary support surface 22 and is screwed together by means of the screws 16 mentioned.
  • the support surface 22 merges inwards into an annular collar 24 angled by 90 °, which engages in the support collar 20 and serves to center the upper part 6 with respect to the intermediate component 10.
  • the piston crown 4 of the upper part 6 delimits a central cooling space 26 which opens downwards from the upper part 6 and is therefore easy to manufacture.
  • This cooling space 26 is further delimited by a radially inwardly extending bottom section 28 of the intermediate component 10, as a result of which a central oil outlet opening 29 to the crankcase is defined.
  • the bottom section 28 of the intermediate component is molded onto the inside of the support collar 20. On its outside, the support collar 20 merges into an upwardly curved edge region 30 which, when the intermediate component is viewed from above, forms an annular groove in the piston axis direction which forms the base for an outer cooling channel 32.
  • the cooling channel 32 extends in the form of a likewise annular recess in the upper part 6, which was produced by turning, up to behind the top land 34. It can therefore be a very effective one Cooling of the piston crown 4 and the top land 34 and the ring section 36 can be achieved.
  • the cooling channel 32 is closed except for a very narrow gap 38 running in the horizontal direction between the upper part 6 and the intermediate component 10.
  • the oil supply takes place via a bore 40 which leads from the pin eye 18 to the cooling channel 32.
  • the central cooling chamber 26 does not have to be supplied by its own direct coolant supply channel, as in known pendulum-shaft pistons, but it is sufficient due to the extensive sealing of the cooling channel 32 to provide an overflow bore 42 between the cooling channel 32 and the central cooling chamber 26 in the upper part 6.
  • the embodiment of the pendulum-shaft piston according to the invention shown in FIG. 2 in two views differs from the embodiment described above in that instead of a continuously ring-shaped cooling bores 44 extending upward behind the top land in the piston axis direction, from the inside 45 of the cooling channel 46, there are provided cooling bores are.
  • the piston crown 48 of the upper part 50 is stiffened by the more or less strong webs remaining between the cooling bores 44, so that there is no risk of piston crown fractures in the outer region of the combustion chamber trough.
  • FIG. 3 shows two representations corresponding to FIGS. 1 and 2 of a further embodiment of the pendulum-shaft piston according to the invention, which differs from the pendulum-shaft piston shown in FIG. 1 in that the upper part 52 and the intermediate component 54 are supported internally and externally.
  • the inner support is designed as described in the embodiment according to FIG. 1, and the outer support takes place between the free end 56 of the upwardly extending edge area 60 of the intermediate component 54 and the cooling channel 58 and the lower end 63 of the ring section 64 facing away from the top land 62
  • the piston crown 66 in the outer region 67 of the combustion bowl 68 is relieved even under the highest thermal loads.
  • a stiffening by the arrangement of cooling bores and webs located between them is not required, but the cooling channel 58 can be extended to behind the ring section 64 and the top land 62.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)

Abstract

The piston assembly has a bolt seating (8) as a separate intermediate component (10), in a release fitting at the upper section (6). It is in a cast iron material, especially cast iron with ball graphite. The piston bolt, of steel, is directly against the cast iron surface of the bolt opening (18). The piston base (4), ring section (36) and edge rim (34) forming the upper section (6) are of pressed or forged steel.

Description

Die Erfindung betrifft einen Pendelschaftkolben, insbesondere für Dieselmotoren mit hoher Aufladung, mit einem den Kolbenboden, die Ringpartie und den Feuersteg bildenden Oberteil und einem den Kolbenschaft bildenden Unterteil, die über einen Kolbenbolzen gelenkig miteinander verbunden sind, der in Bolzenaugen eines zum Oberteil gehörigen Bolzenstuhls und in der Bolzennabe des Unterteils gelagert ist.The invention relates to a pendulum-shaft piston, in particular for diesel engines with high supercharging, with an upper part forming the piston crown, the ring section and the top land and a lower part forming the piston skirt, which are connected to one another in an articulated manner by means of a piston pin, which in pin eyes of a pin chair belonging to the upper part and is stored in the pin boss of the lower part.

Aufgrund zunehmender Motorleistungen und der damit einhergehenden thermischen Höchstbeanspruchung des Kolbens, insbesondere des Kolbenbodens, der Ringpartie und des Feuerstegs, sind bereits Pendelschaftkolben mit einem einteilig geschmiedeten Stahl-Oberteil bekannt geworden. Ein geschmiedetes Stahl-Oberteil zeichnet sich gegenüber einem gegossenen Stahl-Oberteil zwar durch höhere Festigkeitswerte aus, es ist jedoch extrem aufwendig in der Herstellung. So lassen sich Hinterschneidungen nicht unmittelbar herstellen, sondern müssen nachträglich gefräst oder gedreht werden. Dies ist oftmals nicht möglich, da der Bolzenstuhl, der mit seiner lappenartigen Ausbildung selbst sehr schwierig auszuformen ist, den Zugang für Bearbeitungswerkzeuge stark einschränkt. Ein weiterer Nachteil von bekannten Pendelschaftkolben mit einem einteilig geschmiedeten Stahl-Oberteil ist darin zu sehen, daß die Bolzenaugen im Bolzenstuhl in einem weiteren Bearbeitungsschritt gebohrt werden müssen und daß zur Lagerung des stets aus Stahl bestehenden Kolbenbolzens eine Büchse verwendet werden muß, die in die Bolzenaugen eingepaßt werden muß, da ein Stahlbolzen nicht gegen eine ebenfalls aus Stahl bestehende Gegenlagerfläche "läuft". Bei höchstbelasteten Kolben verbietet sich jedoch die Verwendung von Gußeisen-Werkstoffen im Bereich des Oberteils, da diese bei den insbesondere am Muldenrand auftretenden hohen Temperaturen keine hinreichenden Festigkeitswerte aufweisen.Due to increasing engine performance and the associated maximum thermal stress on the piston, in particular the piston crown, the ring section and the top land, pendulum-shaft pistons with a one-piece forged steel upper part have already become known. A forged steel top stands out against one cast steel upper part is characterized by higher strength values, but it is extremely expensive to manufacture. This means that undercuts cannot be made immediately, but have to be milled or turned afterwards. This is often not possible, since the bolt chair, which is very difficult to form itself with its flap-like design, severely limits access for machining tools. Another disadvantage of known pendulum-shaft pistons with a one-piece forged steel upper part can be seen in the fact that the bolt eyes have to be drilled in a further machining step in the bolt chair and that a bushing has to be used to mount the piston pin, which is always made of steel, which is in the bolt eyes must be adjusted, since a steel bolt does not "run" against a steel counter bearing surface. With highly loaded pistons, however, the use of cast iron materials in the area of the upper part is forbidden, since these do not have sufficient strength values at the high temperatures that occur in particular at the rim edge.

Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, ein Stahl-Oberteil zweiteilig auszubilden und diese beiden Teile anschließend zu verschweißen. Dies hat sich bei der Herstellung jedoch als extrem kostenintensiv erwiesen, und es wird ebenfalls eine Lagerbüchse für den Kolbenbolzen im Bolzenstuhl benötigt. Der Gedanke wurde nicht weiterverfolgt.It has also already been proposed to design a steel upper part in two parts and then to weld these two parts. However, this has proven to be extremely costly in manufacture, and a bearing bush for the piston pin in the pin chair is also required. The thought was not pursued.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Pendelschaftkolben der eingangs erwähnten Art im Hinblick auf eine wirtschaftlichere Herstellbarkeit zu verbessern, wobei sich der Kolben hinsichtlich Belastbarkeit und Störungsanfälligkeit als bekannten Kolben wenigstens gleichwertig erweisen soll.The invention is therefore based on the object of improving a pendulum-shaft piston of the type mentioned at the outset with regard to more economical manufacture, the piston being to be at least equivalent to known piston in terms of load capacity and susceptibility to malfunction.

Diese Aufgabe wird bei einem Pendelschaftkolben der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Bolzenstuhl als separat hergestelltes Zwischenbauteil lösbar am Oberteil montiert ist.This object is achieved according to the invention in a pendulum-shaft piston of the type described in the introduction in that the pin chair is detachably mounted on the upper part as a separately produced intermediate component.

Das den Kolbenboden, die Ringpartie und den Feuersteg bildende Oberteil des erfindungsgemäßen Pendelschaftkolbens läßt sich sehr gut bearbeiten, da die Zugänglichkeit für Bearbeitungswerkzeuge nicht durch den Bolzenstuhl eingeschränkt ist. Das Oberteil läßt sich auch sehr vorteilhaft aus Stahl, insbesondere aus dem unter der Bezeichnung 42 Cr Mo 4 V bekannten Vergütungsstahl schmieden. Eventuell erforderliche Hinterschneidungen können dann anschließend in einer Drehbearbeitung eingeschnitten werden, oder es können Bohrungen vorgesehen werden.The upper part of the pendulum shaft piston according to the invention, which forms the piston crown, the ring section and the top land, can be machined very well, since the accessibility for machining tools is not restricted by the bolt chair. The upper part can also be very advantageously forged from steel, in particular from the tempering steel known under the designation 42 Cr Mo 4 V. Any necessary undercuts can then be cut in a turning process, or holes can be provided.

Die Erfindung bietet den weiteren Vorteil, daß das den Kolbenboden, die Ringpartie und den Feuersteg bildende Oberteil, das im allgemeinen bei extremer Belastung einem schnelleren Verschleiß unterliegt als das Zwischenbauteil, gegen ein neues Oberteil ausgetauscht werden kann. Infolge der Montierbarkeit der beiden Teile ist es möglich, einen geschlossenen Kühlraum oder Kühlkanal zu gestalten, der bei einer Überholung des Kolbens zugänglich ist und gereinigt werden kann.The invention offers the further advantage that the upper part forming the piston crown, the ring section and the top land, which in general is subject to faster wear than the intermediate component when subjected to extreme loads, can be exchanged for a new top. Due to the fact that the two parts can be assembled, it is possible to design a closed cooling space or cooling channel which is accessible and can be cleaned when the piston is overhauled.

Bei einer ganz besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Zwischenbauteil aus einem Gußeisenwerkstoff, insbesondere aus Gußeisen mit Kugelgraphit (GGG), gefertigt. Bei einem solchen Gußeisen-Bolzenstuhl kann der aus Stahl bestehende Kolbenbolzen unmittelbar gegen die Gußeisenoberflächen der Bolzenaugen laufen; die Verwendung einer Lagerbüchse ist nicht erforderlich.In a very particularly advantageous embodiment of the invention, the intermediate component is made from a cast iron material, in particular from cast iron with spheroidal graphite (GGG). In such a cast iron pin chair, the piston pin made of steel can run directly against the cast iron surfaces of the pin eyes; the use of a bearing bush is not necessary.

Vorteilhafterweise sind das den Kolbenboden, die Ringpartie und den Feuersteg bildende Oberteil und das Zwischenbauteil über ringscheibenförmige Auflageflächen aufeinander abgestützt und miteinander verschraubt.Advantageously, the upper part forming the piston crown, the ring section and the top land and the intermediate component are supported on one another via ring-shaped support surfaces and screwed together.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Pendelschaftkolbens ist zwischen dem Kolbenboden und dem Zwischenbauteil ein zentraler Kühlraum vorgesehen. Nach einem weiteren Erfindungsgedanken bildet das Zwischenbauteil einen radial nach innen erstreckten und eine Ölaustrittsöffnung definierenden Bodenabschnitt dieses zentralen Kühlraums. Der Bodenabschnitt kann von außen nach innen leicht gegen die Horizontale aufwärts geneigt sein. Er ist vorzugsweise der Innenseite eines die ringscheibenförmigen Auflageflächen bildenden Abstützbundes angeformt.In a further preferred embodiment of the pendulum-shaft piston according to the invention, a central cooling space is provided between the piston crown and the intermediate component. According to a further idea of the invention, the intermediate component forms a radially inwardly extending bottom section of this central cooling space, which defines an oil outlet opening. The bottom section can be from the outside be slightly inclined upwards against the horizontal. It is preferably molded onto the inside of a support collar forming the ring-shaped support surfaces.

Durch die zweiteilige Ausbildung des Oberteils kann in vorteilhafterweise ein ringförmig erstreckter Kühlkanal definiert bzw. begrenzt werden, wobei der Kühlkanal durch Drehbearbeitung des den Kolbenboden, die Ringpartie und den Feuersteg bildenden Oberteils hergestellt werden kann.The two-part design of the upper part advantageously allows an annular cooling channel to be defined or limited, the cooling channel being able to be produced by turning the upper part forming the piston crown, the ring section and the top land.

Das Zwischenbauteil bildet vorteilhafterweise einen Boden bzw. begrenzt den Kühlkanal von unten her. Es weist hierfür einen eine ringförmige, gerundete Nut bildenden und nach oben gezogenen Randbereich auf. Ein Kühlkanal-Pendelschaftkolben der vorstehend erwähnten Art läßt sich für höchste thermische Beanspruchung auslegen, indem vom Inneren des Kühlkanals ausgehende und sich bis hinter den Feuersteg erstreckende Kühlbohrungen in dem Oberteil vorgesehen werden, welche entweder parallel zur Kolbenachse oder leicht schräg hierzu nach außen geneigt angeordnet werden können.The intermediate component advantageously forms a bottom or delimits the cooling channel from below. For this purpose, it has an edge region which forms an annular, rounded groove and is pulled upwards. A cooling duct pendulum-shaft piston of the type mentioned above can be designed for the highest thermal stress by providing cooling bores in the upper part which extend from the inside of the cooling duct and extend behind the top land and which are arranged either parallel to the piston axis or slightly inclined to the outside can.

Der vorstehend erwähnte nach oben gezogene Randbereich des Zwischenteils kann in Weiterbildung der Erfindung von besonderer Bedeutung eine äußere Auflage- bzw. Abstützfläche für das Oberteil bilden. Durch diese neben der inneren Abstützung weitere Abstützung im Außenbereich wird der Kolbenboden in den äußeren Bereichen der Verbrennungsmulde entlastet, so daß die Möglichkeit besteht, an Stelle der Kühlbohrungen den Kühlkanal bis hinter den Feuersteg nach oben zu erweitern, ohne daß die Gefahr von Kolbenbodenbrüchen bei starker Beanspruchung besteht. Der Pendelschaftkolben kann auch derart ausgebildet werden, daß eine Außenabstützung in der beschriebenen Weise erst bei erhöhten thermischen Belastungen erfolgt, während im kalten Zustand ein Spalt zwischen den erwähnten äußeren Abstützflächen des Zwischenteils und des unteren Bereichs der Ringpartie des Oberteils des Kolbens gebildet ist.In a further development of the invention, the above-mentioned upwardly drawn edge region of the intermediate part can form an outer support or support surface for the upper part. Through this in addition to the inner one Supporting further support in the outer area, the piston crown in the outer areas of the combustion bowl is relieved, so that there is the possibility, instead of the cooling bores, of expanding the cooling channel upwards behind the top land without the risk of piston crown breaks under heavy use. The pendulum-shaft piston can also be designed in such a way that external support in the manner described only takes place under increased thermal loads, while in the cold state a gap is formed between the mentioned outer support surfaces of the intermediate part and the lower region of the ring section of the upper part of the piston.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der beigefügten zeichnerischen Darstellung und der nachfolgenden Beschreibung dreier vorteilhafter Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Pendelschaftkolbens. In der Zeichnung zeigt:

Figur 1
zwei zueinander senkrechte Schnittansichten entlang der Kolbenachse einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Pendelschaftkolbens, wobei in der Darstellung links die Kolbenbolzenachse in der Schnittebene und in der Darstellung rechts senkrecht zur Schnittebene verläuft;
Figur 2
eine der Figur 1 entsprechende Darstellung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Pendelschaftkolbens mit Kühlkanalbohrungen; und
Figur 3
eine der Figur 1 entsprechende Darstellung einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Pendelschaftkolbens mit Innen- und Außenabstützung von Oberteil und Zwischenbauteil.
Further details, features and advantages of the invention result from the attached drawing and the following description of three advantageous embodiments of the pendulum-shaft piston according to the invention. The drawing shows:
Figure 1
two mutually perpendicular sectional views along the piston axis of a first embodiment of the pendulum-shaft piston according to the invention, the piston pin axis running in the sectional plane on the left and perpendicular to the sectional plane in the diagram on the right;
Figure 2
a representation corresponding to Figure 1 of a second embodiment of the pendulum-shaft piston according to the invention with cooling channel bores; and
Figure 3
a representation corresponding to Figure 1 of a third embodiment of the pendulum-shaft piston according to the invention with internal and external support of the upper part and intermediate component.

Ein in der Figur 1 dargestellter und insgesamt mit dem Bezugszeichen 2 bezeichneter Pendelschaftkolben umfaßt ein den Kolbenboden 4 bildendes Oberteil 6, ein den Bolzenstuhl 8 bildendes Zwischenbauteil 10 sowie ein den Kolbenschaft 12 bildendes Unterteil 14. Das Oberteil 6 und das diesem zuzuordnende Zwischenbauteil 10 sind, wie aus der Darstellung rechts zu ersehen ist, über DIN-Schrauben 16 miteinander verschraubt, und die so erhaltene Baueinheit ist über einen nicht dargestellten Kolbenbolzen gelenkig mit dem Unterteil 14 verbunden, wobei in dem Zwischenbauteil 10 bzw. in dem Bolzenstuhl 8 Bolzenaugen 18 für die Lagerung des Kolbenbolzens ausgebildet sind. Das Oberteil 6 besteht vorzugsweise aus geschmiedetem Stahl und ist aus einem Stahlscheibenrohling hergestellt. Das Zwischenbauteil 10 besteht vorzugsweise aus einem Gußeisenwerkstoff, wie Kugelgraphit-Gußeisen (GGG). Die Verwendung von Lagerbüchsen für den Kolbenbolzen ist nicht erforderlich, da die Stahloberfläche des Kolbenbolzens gut gegenüber Gußeisen "läuft". Das Unterteil 14 kann aus einer Aluminium-Legierung oder auch aus einem Gußeisenwerkstoff bestehen. Das Zwischenbauteil 10 weist einen quer zur Kolbenachse verlaufenden ringscheibenförmigen Abstützbund 20 auf, gegen den das Oberteil 6 mit einer komplementären Abstützfläche 22 aufliegt und über die erwähnten Schrauben 16 verschraubt ist. Die Abstützfläche 22 geht nach innen zu in einen um 90° abgewinkelten Ringbund 24 über, der in den Abstützbund 20 eingreift und zum Zentrieren des Oberteils 6 bezüglich des Zwischenbauteils 10 dient.An oscillating piston shown in FIG. 1 and designated overall by reference number 2 comprises an upper part 6 forming the piston crown 4, an intermediate component 10 forming the bolt seat 8 and a lower part 14 forming the piston skirt 12. The upper part 6 and the intermediate component 10 to be assigned to it are as can be seen from the illustration on the right, screwed together using DIN screws 16, and the structural unit thus obtained is articulatedly connected to the lower part 14 via a piston pin, not shown, wherein in the intermediate component 10 or in the bolt chair 8 bolt eyes 18 for the Storage of the piston pin are formed. The upper part 6 is preferably made of forged steel and is made from a steel disk blank. The intermediate component 10 is preferably made of a cast iron material, such as spheroidal graphite cast iron (GGG). The use of bushings for the piston pin is not necessary because the steel surface of the piston pin is good compared to cast iron "running". The lower part 14 can consist of an aluminum alloy or of a cast iron material. The intermediate component 10 has an annular disk-shaped support collar 20 which runs transversely to the piston axis, against which the upper part 6 rests with a complementary support surface 22 and is screwed together by means of the screws 16 mentioned. The support surface 22 merges inwards into an annular collar 24 angled by 90 °, which engages in the support collar 20 and serves to center the upper part 6 with respect to the intermediate component 10.

Der Kolbenboden 4 des Oberteils 6 begrenzt einen zentralen Kühlraum 26, der sich von dem Oberteil 6 aus nach unten öffnet und daher leicht herzustellen ist. Dieser Kühlraum 26 wird desweiteren von einem radial nach innen erstreckten Bodenabschnitt 28 des Zwischenbauteils 10 begrenzt, wodurch eine zentrale Ölaustrittsöffnung 29 zum Kurbelgehäuse hin definiert ist. Der Bodenabschnitt 28 des Zwischenbauteils ist an die Innenseite des Abstützbunds 20 angeformt. An seiner Außenseite geht der Abstützbund 20 in einen nach oben geschwungenen Randbereich 30 über, der bei Draufsicht auf das Zwischenbauteil in Kolbenachsenrichtung eine Ringnut bildet, welche den Boden für einen äußeren Kühlkanal 32 bildet. Der Kühlkanal 32 erstreckt sich in Form einer ebenfalls ringförmigen Ausnehmung in dem Oberteil 6, die durch Drehbearbeitung hergestellt wurde, bis hinter den Feuersteg 34 nach oben. Es kann daher eine sehr effektive Kühlung des Kolbenbodens 4 und des Feuerstegs 34 sowie der Ringpartie 36 erreicht werden. Der Kühlkanal 32 ist bis auf einen sehr schmalen in Horizontalrichtung verlaufenden Spalt 38 zwischen dem Oberteil 6 und dem Zwischenbauteil 10 geschlossen. Die Ölzuführung erfolgt über eine Bohrung 40, die vom Bolzenauge 18 zum Kühlkanal 32 führt. Der zentrale Kühlraum 26 muß nicht wie bei bekannten Pendelschaftkolben durch einen eigenen direkten Kühlmittelzuführungskanal versorgt werden, sondern es ist aufgrund der weitgehenden Abdichtung des Kühlkanals 32 ausreichend, eine Überströmbohrung 42 zwischen dem Kühlkanal 32 und dem zentralen Kühlraum 26 im Oberteil 6 vorzusehen.The piston crown 4 of the upper part 6 delimits a central cooling space 26 which opens downwards from the upper part 6 and is therefore easy to manufacture. This cooling space 26 is further delimited by a radially inwardly extending bottom section 28 of the intermediate component 10, as a result of which a central oil outlet opening 29 to the crankcase is defined. The bottom section 28 of the intermediate component is molded onto the inside of the support collar 20. On its outside, the support collar 20 merges into an upwardly curved edge region 30 which, when the intermediate component is viewed from above, forms an annular groove in the piston axis direction which forms the base for an outer cooling channel 32. The cooling channel 32 extends in the form of a likewise annular recess in the upper part 6, which was produced by turning, up to behind the top land 34. It can therefore be a very effective one Cooling of the piston crown 4 and the top land 34 and the ring section 36 can be achieved. The cooling channel 32 is closed except for a very narrow gap 38 running in the horizontal direction between the upper part 6 and the intermediate component 10. The oil supply takes place via a bore 40 which leads from the pin eye 18 to the cooling channel 32. The central cooling chamber 26 does not have to be supplied by its own direct coolant supply channel, as in known pendulum-shaft pistons, but it is sufficient due to the extensive sealing of the cooling channel 32 to provide an overflow bore 42 between the cooling channel 32 and the central cooling chamber 26 in the upper part 6.

Die in der Figur 2 in zwei Ansichten dargestellte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Pendelschaftkolbens unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen Ausführungsform dadurch, daß anstelle eines durchgehend ringförmigen, bis hinter den Feuersteg nach oben erweiterten Kühlkanals in Kolbenachsenrichtung verlaufende Kühlbohrungen 44 von einer Innenseite 45 des Kühlkanals 46, angebracht sind. Durch die zwischen den Kühlbohrungen 44 verbleibenden, mehr oder weniger starken Stege, wird der Kolbenboden 48 des Oberteils 50 versteift, so daß nicht die Gefahr von Kolbenbodenbrüchen im äußeren Bereich der Brennraummulde besteht.The embodiment of the pendulum-shaft piston according to the invention shown in FIG. 2 in two views differs from the embodiment described above in that instead of a continuously ring-shaped cooling bores 44 extending upward behind the top land in the piston axis direction, from the inside 45 of the cooling channel 46, there are provided cooling bores are. The piston crown 48 of the upper part 50 is stiffened by the more or less strong webs remaining between the cooling bores 44, so that there is no risk of piston crown fractures in the outer region of the combustion chamber trough.

Schließlich zeigt Figur 3 zwei den Figuren 1 und 2 entsprechende Darstellungen einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Pendelschaftkolbens, der sich von dem in Figur 1 gezeigten Pendelschaftkolben dadurch unterscheidet, daß eine innere und eine äußere Abstützung von Oberteil 52 und Zwischenbauteil 54 erfolgt. Die innere Abstützung ist wie bei der Ausführungsform gemäß Figur 1 beschrieben ausgebildet, und die äußere Abstützung erfolgt zwischen dem freien Ende 56 des nach oben verlaufenden und den Kühlkanal 58 begrenzenden Randbereichs 60 des Zwischenbauteils 54 und dem vom Feuersteg 62 abgewandten unteren Ende 63 der Ringpartie 64. Hierdurch ist der Kolbenboden 66 im äußeren Bereich 67 der Verbrennungsmulde 68 auch bei höchsten thermischen Belastungen entlastet. Einer Versteifung durch die Anordnung von Kühlbohrungen und dazwischen befindlichen Stegen bedarf es nicht, sondern der Kühlkanal 58 kann bis hinter die Ringpartie 64 und den Feuersteg 62 erstreckt werden.Finally, FIG. 3 shows two representations corresponding to FIGS. 1 and 2 of a further embodiment of the pendulum-shaft piston according to the invention, which differs from the pendulum-shaft piston shown in FIG. 1 in that the upper part 52 and the intermediate component 54 are supported internally and externally. The inner support is designed as described in the embodiment according to FIG. 1, and the outer support takes place between the free end 56 of the upwardly extending edge area 60 of the intermediate component 54 and the cooling channel 58 and the lower end 63 of the ring section 64 facing away from the top land 62 As a result, the piston crown 66 in the outer region 67 of the combustion bowl 68 is relieved even under the highest thermal loads. A stiffening by the arrangement of cooling bores and webs located between them is not required, but the cooling channel 58 can be extended to behind the ring section 64 and the top land 62.

Claims (14)

Pendelschaftkolben, insbesondere für Dieselmotoren mit hoher Aufladung, mit einem den Kolbenboden (4), die Ringpartie (36) und den Feuersteg (34) bildenden Oberteil (6) und einem den Kolbenschaft (12) bildenden Unterteil (14), die über einen Kolbenbolzen gelenkig miteinander verbunden sind, der in Bolzenaugen (18) eines zum Oberteil (6) gehörigen Bolzenstuhls (8) und in der Bolzennabe des Unterteils (14) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzenstuhl (8) als separat hergestelltes Zwischenbauteil (10) lösbar am Oberteil (6) montiert ist.Pendulum-shaft pistons, in particular for diesel engines with high supercharging, with an upper part (6) forming the piston crown (4), the ring section (36) and the top land (34) and a lower part (14) forming the piston skirt (12), via a piston pin are connected to one another in an articulated manner, which is mounted in bolt eyes (18) of a bolt chair (8) belonging to the upper part (6) and in the bolt hub of the lower part (14), characterized in that the bolt chair (8) is produced as a separately produced intermediate component (10) is detachably mounted on the upper part (6). Pendelschaftkolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenbauteil (10) aus einem Gußeisenwerkstoff, insbesondere aus Gußeisen mit Kugelgraphit (GGG), gefertigt ist.Pendulum-type piston according to claim 1, characterized in that the intermediate component (10) is made from a cast iron material, in particular from spheroidal graphite cast iron (GGG). Pendelschaftkolben nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der aus Stahl bestehende Kolbenbolzen unmittelbar gegen Gußeisenoberflächen der Bolzenaugen (18) läuft.Pendulum-shaft piston according to claim 2, characterized in that the piston pin made of steel runs directly against the cast iron surfaces of the pin eyes (18). Pendelschaftkolben nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das den Kolbenboden (4), die Ringpartie (36) und den Feuersteg (34) bildende Oberteil (6) aus Stahl gefertigt ist.Pendulum-shaft piston according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the piston head (4) Ring section (36) and the top part (6) forming the top land (34) is made of steel. Pendelschaftkolben nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das den Kolbenboden (4), die Ringpartie (36) und den Feuersteg (34) bildende Oberteil (6) gepreßt bzw. geschmiedet ist.Pendulum-shaft piston according to one or more of the preceding claims, characterized in that the upper part (6) forming the piston crown (4), the ring section (36) and the top land (34) is pressed or forged. Pendelschaftkolben nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das den Kolbenboden (4), die Ringpartie (36) und den Feuersteg (34) bildende Oberteil (6) und das Zwischenbauteil (10) über ringscheibenförmige Auflageflächen (20, 22) aufeinander abgestützt und miteinander verschraubt sind.Pendulum-shaft piston according to one or more of the preceding claims, characterized in that the upper part (6) forming the piston crown (4), the ring section (36) and the top land (34) and the intermediate component (10) via ring-shaped bearing surfaces (20, 22) are supported and screwed together. Pendelschaftkolben nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kolbenboden (4) und dem Zwischenbauteil (10) ein zentraler Kühlraum (26) vorgesehen ist.Pendulum-shaft piston according to one or more of the preceding claims, characterized in that a central cooling space (26) is provided between the piston crown (4) and the intermediate component (10). Pendelschaftkolben nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenbauteil (10) einen radial nach innen erstreckten und eine Ölaustrittsöffnung definierenden Bodenabschnitt (28) des Kühlraums (26) bildet.Pendulum-shaft piston according to claim 7, characterized in that the intermediate component (10) forms a radially inwardly extending bottom section (28) of the cooling chamber (26) which defines an oil outlet opening. Pendelschaftkolben nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das den Kolbenboden (4), die Ringpartie (36) und den Feuersteg (34) bildende Oberteil (6) und das Zwischenbauteil (10) einen ringförmig erstreckten Kühlkanal (32) definieren bzw. begrenzen.Pendulum-shaft piston according to one or more of the preceding claims, characterized in that the upper part (6) forming the piston crown (4), the ring section (36) and the top land (34) and the intermediate component (10) define an annularly extending cooling channel (32) or limit. Pendelschaftkolben nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkanal (32) durch Drehbearbeitung des Oberteils (6) hergestellt ist.Pendulum-shaft piston according to claim 9, characterized in that the cooling channel (32) is produced by turning the upper part (6). Pendelschaftkolben nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenbauteil (10) einen eine ringförmige Nut bildenden und nach oben gezogenen Randbereich (30, 60) aufweist, welcher einen unteren Teil des Kühlkanals (32, 46, 58) begrenzt.Pendulum-shaft piston according to Claim 9 or 10, characterized in that the intermediate component (10) has an edge region (30, 60) which forms an annular groove and is drawn upwards and delimits a lower part of the cooling channel (32, 46, 58). Pendelschaftkolben nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß vom Inneren des Kühlkanals (46) ausgehende und sich bis hinter den Feuersteg erstreckende Kühlbohrungen (44) vorgesehen sind.Pendulum-shaft piston according to claim 9, 10 or 11, characterized in that cooling bores (44) extending from the interior of the cooling channel (46) and extending behind the top land are provided. Pendelschaftkolben nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende (56) des Randbereichs (60) eine äußere Auflage- bzw. Abstützfläche für das Oberteil (52) bildet.Pendulum shaft piston according to claim 11 or 12, characterized in that the free end (56) of the edge region (60) forms an outer support or support surface for the upper part (52). Pendelschaftkolben nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkanal (32, 58) derart nach oben erstreckt ist, daß er mit einem ringförmigen Abschnitt im Bereich hinter dem Feuersteg (34, 62) verläuft.Pendulum-shaft piston according to one or more of the preceding claims, characterized in that the cooling channel (32, 58) extends upwards in such a way that it runs with an annular section in the region behind the top land (34, 62).
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