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EP3063400A1 - Piston for an internal combustion engine and method for the production thereof - Google Patents

Piston for an internal combustion engine and method for the production thereof

Info

Publication number
EP3063400A1
EP3063400A1 EP14799668.0A EP14799668A EP3063400A1 EP 3063400 A1 EP3063400 A1 EP 3063400A1 EP 14799668 A EP14799668 A EP 14799668A EP 3063400 A1 EP3063400 A1 EP 3063400A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
skirt
shaft walls
opposing
cover
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Withdrawn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
EP14799668.0A
Other languages
German (de)
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
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 Mahle International GmbH filed Critical Mahle International GmbH
Publication of EP3063400A1 publication Critical patent/EP3063400A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

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 
    • F02F3/16—Pistons  having cooling means
    • F02F3/20—Pistons  having cooling means the means being a fluid flowing through or along piston
    • 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
    • F02F3/003—Multi-part pistons the parts being connected by casting, brazing, welding or clamping
    • F02F2003/0061—Multi-part pistons the parts being connected by casting, brazing, welding or clamping by welding
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a piston for an internal combustion engine, comprising a piston head and a piston skirt, wherein the piston skirt having mutually opposite pin bosses with hub bores and opposing shaft walls with running surfaces, wherein at the lower end of the piston, a cover is provided.
  • a generic piston is known from German Patent Application DT 25 39 470 A1.
  • the known piston has a collecting trough for cooling oil arranged at its lower end.
  • the cooling oil is moved by the so-called "shaker effect", resulting in an improved cooling effect, but the collecting trough must be securely and reliably attached to the piston since it must not become loose during engine operation.
  • the object of the present invention is to develop a generic piston such that a provided at the lower end of the piston cover is securely and reliably and yet fixed in a technically simple manner to this.
  • the object of the present invention is further to provide a method for producing such a piston.
  • the solution is that the cover at the free ends of the opposite shaft walls in the form of radially inwardly extending and integrally forged with the shaft walls floor parts is formed.
  • the method according to the invention provides that at least the piston skirt of the piston is produced by means of a forging method, that skirt wall extensions are integrally formed by forging on the mutually opposite skirt walls and that the skirt wall extensions are bent radially inward so that bottom parts extending radially inwardly result.
  • the floor parts provided according to the invention are integral, ie non-detachable, connected to the piston, preferably by means of a forging process. This represents a technically simple method for producing the piston according to the invention.
  • the inventively provided floor parts catch back flowing cooling oil and delay its outflow in the direction of the crankshaft.
  • the cooling oil can be introduced by means of a ⁇ lanspritzdüse directly into the interior of the piston above the bottom parts or flow from a cooling passage, if present, in the interior of the piston. Due to the shaker effect occurring during engine operation, the cooling oil collected by the bottom parts is moved in high frequency in the direction of the hub bores and the piston head. This results in an improved cooling effect.
  • the floor parts provided according to the invention furthermore permit improved cooling of the shaft walls, since the captured cooling oil is accumulated in the region of the shaft walls and the improved cooling effect produced by the shaker effect occurs more intensely in the region of the shaft walls.
  • the contour of the bottom parts is in principle arbitrary and can be adapted to the inner shape of the piston.
  • the bottom parts should cover the largest possible area of the underside of the piston. It is only necessary to make sure that there is enough room for the connecting rod movement during engine operation.
  • the inventive method allows a technically particularly simple production of the inventive 'KISSING piston.
  • Using a simple forging process blanks manufactured with extended shank walls in a working process.
  • the projecting region of the shaft walls is bent radially inwardly as a skirt wall extension by means of a simple bending process, so that the base parts provided according to the invention result.
  • the floor parts provided according to the invention may include a right angle or an acute angle with the shank walls. In the latter case, a larger amount of cooling oil is collected, so that the cooling effect is further improved.
  • At least one bottom part expediently has a recess.
  • the piston according to the invention is additionally provided with a circumferential cooling channel with at least one feed opening for cooling oil, it is advantageous for the recess to be aligned with the at least one feed opening.
  • the cooling channel can be supplied with cooling oil with the ⁇ lanspritzdüse.
  • At least one bottom part has on its surface facing the piston interior at least one depression, which acts as an oil collection container, so that the cooling effect is enhanced.
  • At least one bore or at least one radially extending slot is introduced between at least one skirt wall and its associated bottom part.
  • an increased rigidity of the piston skirt can be prevented, so that a hard carrying or seizing the piston skirt is avoided during engine operation.
  • a preferred embodiment of the method according to the invention is that the bottom parts on their lower surface facing away from the piston with at least one bearing surface be provided for centering and fixing the piston in a clamping tool. This simplifies any necessary finishing, in particular machining finishing, of the piston according to the invention.
  • the present invention is particularly suitable for low compression height pistons. These may be steel or light metal pistons with or without a cooling channel.
  • pistons made of an aluminum-based material without a cooling channel as described, for example, in German Offenlegungsschrift DE 41 10 306 A1.
  • Figure 1 shows an embodiment of a piston according to the invention with radially inwardly bent leg wall extensions
  • FIG. 2 shows the piston according to FIG. 1 in a view in the direction of the arrow A in FIG. 1;
  • FIG 3 shows a blank for the piston according to Figure 1 with axial shaft wall extensions.
  • Figures 1 and 2 show an embodiment of a piston 10 according to the invention.
  • the piston 10 may be made of a steel material or a light metal material, in particular an aluminum-based alloy.
  • the piston 10 is a monobloc box piston of a piston head element 1 1 and a piston body 21, which are non-detachably, for example. By means of a welding process, connected to each other.
  • the piston head element 1 1 has a piston crown 12, a wall region 14 of a combustion bowl 13, a circumferential one Fire bar 15 and a top annular groove 17 a circumferential ring portion 16.
  • the piston main body 21 has a Bodenbereieh 22 of the combustion bowl 13, the two lower annular grooves 23 of the annular portion 16 and opposing piston bosses 24 with hub bores 25 for receiving a piston pin (not shown).
  • the piston hubs 24 are connected in a conventional manner via running surfaces 27 having opposing shaft walls 26 with each other.
  • the piston head element 1 1 and the piston body 21 together form a height of the ring portion 16 arranged outer circumferential cooling channel 18, which has at least one feed opening 19 for cooling oil.
  • the piston head element 1 1 and the piston main body 21 together form the piston head 10 a of the piston 10, while the piston shaft 10 b of the piston 10 is formed solely by the piston main body 21.
  • the piston 10 is provided in its lower region, that is approximately at the level of the lower edges 28 of its running surfaces 27 with two bottom parts 31, 32, which form a cover of the piston interior 10 '.
  • the bottom parts 31, 32 are integrally formed on the free ends of the shaft walls 26, in the exemplary embodiment by means of a forging or bending process.
  • the bottom parts 31, 32 extend radially inwardly in the direction of a piston center axis M and form a right angle with the shaft walls 26.
  • the bottom parts 31, 32 can also be bent in the direction of the piston interior 10 'so that they form an acute angle with the shaft walls 26, as indicated by dash-dotted lines in FIG.
  • the contour of the bottom parts 31, 32 can be chosen arbitrarily. In order to achieve an optimally improved cooling effect, however, the bottom parts 31, 32 should cover the largest possible area of the underside of the piston 10, wherein a sufficiently dimensioned passage opening 33 for a connecting rod must be maintained.
  • a recess 34 is provided which serves as a passage for a leaking from a ⁇ lanspritzdüse cooling oil jet.
  • the recess 34 is arranged substantially in alignment with the feed opening 19 in the cooling channel 18, so that it can be supplied with cooling oil.
  • the inventively provided bottom parts 31, 32 are one piece, ie undetachable, connected to the piston and catch back flowing cooling oil and delay its outflow in the direction of the crankshaft.
  • the cooling oil collected by the base parts 31, 32 is moved in high frequency in the direction of the hub bores 25 and the piston head 10a. This results in an improved cooling effect, in particular in the area of the shaft walls 26, since the captured cooling oil is accumulated in this area.
  • the inventive method provides that at least the piston skirt 10b of the piston 10 is produced by means of a forging process.
  • the piston body 21 is produced by means of a forging process.
  • shank wall extensions 26 ' are integrally formed on the shank walls 26 during forging.
  • the forging method provided according to the invention also makes it possible to define the contour of the skirt wall extensions 26 ', so that in the finished piston 10, the passage opening 33 for the connecting rod and possibly the recess 34 for the cooling oil access are completed without further processing steps.
  • skirt wall extensions 26 ' are bent radially inwardly in the direction of the piston center axis M by means of a suitable bending process, so that they form the radially inwardly extending bottom parts 31, 32 according to FIGS. 1 and 2 as well as the passage opening 33 and possibly the recess 34 ,
  • At least one depression 36, 37 for example, during forging or by means of an embossing process, can be introduced at the surface of a bottom part or both bottom parts 31, 32 which acts as an oil collection container. so that the cooling effect is enhanced.
  • At least one bearing surface 35 can be introduced, in order to carry out further processing steps, in particular a machining finish of the piston 10 to provide a support of the piston 10 in a clamping device.
  • This bearing surface 35 is removed after the finishing of the piston 10 again.
  • the support surface 35 may, for example, during the forging of the skirt wall extensions 26 'or after bending by partial punching of the bottom parts 31, 32, in particular during the production of the recesses 36, 37, are introduced.

Landscapes

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

Abstract

A piston crown (10a) and a piston skirt (10b), said piston skirt (10b) having opposing pin bosses (24) that have boss bores (25) and having opposing skirt walls (26) that have running surfaces (27), a cover being provided on the lower end of the piston (10). According to the invention, the cover is molded onto the free ends of the opposing skirt walls (26) in the form of radially inwardly extending base parts (31, 32) that are integral with the skirt walls (26).

Description

Kolben für einen Verbrennungsmotor und Verfahren zu seiner Herstel lung  Piston for an internal combustion engine and method for its manufacture ment
Beschreibung description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolben für einen Verbrennungsmotor, mit einem Kolbenkopf und einem Kolbenschaft, wobei der Kolbenschaft einander gegenüberliegende Bolzennaben mit Nabenbohrungen sowie einander gegenüberliegende Schaftwände mit Laufflächen aufweist, wobei am unteren Ende des Kolbens eine Abdeckung vorgesehen ist. The present invention relates to a piston for an internal combustion engine, comprising a piston head and a piston skirt, wherein the piston skirt having mutually opposite pin bosses with hub bores and opposing shaft walls with running surfaces, wherein at the lower end of the piston, a cover is provided.
Ein gattungsgemäßer Kolben ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DT 25 39 470 A1 bekannt. Der bekannte Kolben weist eine an seinem unteren Ende angeordnete Auffangwanne für Kühlöl auf. Im Motorbetrieb wird das Kühlöl durch den sog.„Shakereffekt" bewegt, was zu einem verbesserten Kühleffekt führt. Die Auffangwanne muss jedoch sicher und zuverlässig am Kolben befestigt sein, da sie sich im Motorbetrieb nicht lösen darf. A generic piston is known from German Patent Application DT 25 39 470 A1. The known piston has a collecting trough for cooling oil arranged at its lower end. During engine operation, the cooling oil is moved by the so-called "shaker effect", resulting in an improved cooling effect, but the collecting trough must be securely and reliably attached to the piston since it must not become loose during engine operation.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen gattungsgemäßen Kolben derart weiterzubilden, dass eine am unteren Ende des Kolbens vorgesehene Abdeckung sicher und zuverlässig und dennoch auf technisch einfache Weise an diesem befestigt ist. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ferner darin, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kolbens bereitzustellen. The object of the present invention is to develop a generic piston such that a provided at the lower end of the piston cover is securely and reliably and yet fixed in a technically simple manner to this. The object of the present invention is further to provide a method for producing such a piston.
Die Lösung besteht darin, dass die Abdeckung an den freien Enden der einander gegenüberliegenden Schaftwände in Form sich radial nach innen erstreckender und einstückig mit den Schaftwänden geschmiedeter Bodenteile angeformt ist. The solution is that the cover at the free ends of the opposite shaft walls in the form of radially inwardly extending and integrally forged with the shaft walls floor parts is formed.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass zumindest der Kolbenschaft des Kolbens mittels eines Schmiedeverfahrens hergestellt wird, dass Schaftwandverlängerungen durch Schmieden einstückig an die einander gegenüberliegenden Schaftwände angeformt werden und dass die Schaftwandverlängerungen radial nach innen umgebogen werden, so dass sich radial nach innen erstreckende Bodenteile resultieren. The method according to the invention provides that at least the piston skirt of the piston is produced by means of a forging method, that skirt wall extensions are integrally formed by forging on the mutually opposite skirt walls and that the skirt wall extensions are bent radially inward so that bottom parts extending radially inwardly result.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Die erfindungsgemäß vorgesehenen Bodenteile sind einstückig, d.h. unlösbar, mit dem Kolben verbunden, vorzugsweise mittels eines Schmiedeverfahrens. Dies stellt eine technisch einfache Methode zur Herstellung des erfindungsgemäßen Kolbens dar. CONFIRMATION COPY The floor parts provided according to the invention are integral, ie non-detachable, connected to the piston, preferably by means of a forging process. This represents a technically simple method for producing the piston according to the invention.
Die erfindungsgemäß vorgesehenen Bodenteile fangen zurückfließendes Küh löl auf und verzögern dessen Abfluss in Richtung Kurbelwelle. Das Kühlöl kann mittels einer Ölanspritzdüse direkt in den Innenraum des Kolbens oberhalb der Bodenteile eingeleitet werden oder aus einem Kühlkanal, falls vorhanden, in den Innenraum des Kolbens fließen. Durch den im Motorbetrieb auftretenden Shakereffekt wird das von den Bodenteilen aufgefangene Kühlöl in hoher Frequenz in Richtung der Nabenbohrungen und des Kolbenkopfs hin und her bewegt. Daraus resultiert eine verbesserte Kühlwirkung. The inventively provided floor parts catch back flowing cooling oil and delay its outflow in the direction of the crankshaft. The cooling oil can be introduced by means of a Ölanspritzdüse directly into the interior of the piston above the bottom parts or flow from a cooling passage, if present, in the interior of the piston. Due to the shaker effect occurring during engine operation, the cooling oil collected by the bottom parts is moved in high frequency in the direction of the hub bores and the piston head. This results in an improved cooling effect.
Bei Messungen wurde festgestellt, dass die Betriebstemperatur des Kolbenkopfes, der Ringnuten und der Nabenbohrungen signifikant reduziert werden konnten. Im Vergleich zu Betriebstemperaturen von 200°C bis 220°C für Kolben gemäß dem Stand der Technik waren die Betriebstemperaturen bei erfindungsgemäßen Kolben um bis zu 30% reduziert. Measurements showed that the operating temperature of the piston head, the annular grooves and the hub bores could be significantly reduced. In comparison to operating temperatures of 200 ° C to 220 ° C for pistons according to the prior art, the operating temperatures of the piston according to the invention were reduced by up to 30%.
Die erfindungsgemäß vorgesehenen Bodenteile erlauben ferner eine verbesserte Kühlung der Schaftwände, da das aufgefangene Kühlöl im Bereich der Schaftwände akkumuliert wird und die vom Shaker-Effekt erzeugte verbesserte Kühlwirkung verstärkt im Bereich der Schaftwände auftritt. The floor parts provided according to the invention furthermore permit improved cooling of the shaft walls, since the captured cooling oil is accumulated in the region of the shaft walls and the improved cooling effect produced by the shaker effect occurs more intensely in the region of the shaft walls.
Die Kontur der Bodenteile ist im Prinzip beliebig wählbar und kann an die Innenform des Kolbens angepasst werden. Um eine optimal verbesserte Kühlwirkung zu erzielen, sol lten die Bodenteile jedoch den größtmöglichen Bereich der Unterseite des Kolbens abdecken. Hierbei ist lediglich darauf zu achten, dass genügend Raum für die Pleuelbewegung im Motorbetrieb zur Verfügung steht. The contour of the bottom parts is in principle arbitrary and can be adapted to the inner shape of the piston. However, in order to achieve an optimally improved cooling effect, the bottom parts should cover the largest possible area of the underside of the piston. It is only necessary to make sure that there is enough room for the connecting rod movement during engine operation.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt eine technisch besonders einfache Herstellung des erfindungsgemä'ßen Kolbens. Mittels eines einfachen Schmiedeverfahrens werden Rohlinge mit verlängerten Schaftwänden in einem Arbeitsverfahren hergestellt. Der überstehende Bereich der Schaftwände wird als Schaftwandverlängerung mittels eines einfachen Biegeverfahrens radial nach innen gebogen, so dass die erfindungsgemäß vorgesehenen Bodenteile resultieren. The inventive method allows a technically particularly simple production of the inventive 'KISSING piston. Using a simple forging process blanks manufactured with extended shank walls in a working process. The projecting region of the shaft walls is bent radially inwardly as a skirt wall extension by means of a simple bending process, so that the base parts provided according to the invention result.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Advantageous developments emerge from the subclaims.
Die erfindungsgemäß vorgesehenen Bodenteile können mit den Schaftwänden einen rechten Winkel oder einen spitzen Winkel einschließen. In letzterem Fall wird eine größere Menge Kühlöl aufgefangen, so dass die Kühlwirkung weiter verbessert wird. The floor parts provided according to the invention may include a right angle or an acute angle with the shank walls. In the latter case, a larger amount of cooling oil is collected, so that the cooling effect is further improved.
Falls der erfindungsgemäße Kolben in einem Motor mit Anspritzkühlung eingesetzt wird, weist mindestens ein Bodenteil zweckmäßigerweise eine Aussparung auf. If the piston according to the invention is used in a motor with injection cooling, at least one bottom part expediently has a recess.
Falls der erfindungsgemäße Kolben zusätzlich mit einem umlaufenden Kühlkanal mit mindestens einer Zuführöffnung für Kühlöl versehen ist, ist es von Vorteil, wenn die Aussparung mit der mindestens einen Zuführöffnung fluchtend ausgebildet ist. In diesem Fall kann mit der Ölanspritzdüse auch der Kühlkanal mit Kühlöl versorgt werden. If the piston according to the invention is additionally provided with a circumferential cooling channel with at least one feed opening for cooling oil, it is advantageous for the recess to be aligned with the at least one feed opening. In this case, the cooling channel can be supplied with cooling oil with the Ölanspritzdüse.
Vorteilhafterweise weist mindestens ein Bodenteil auf seiner zum Kolbeninneren gewandten Fläche mindestens eine Vertiefung auf, die als Olsammelbehälter wirkt, so dass der Kühleffekt verstärkt wird. Advantageously, at least one bottom part has on its surface facing the piston interior at least one depression, which acts as an oil collection container, so that the cooling effect is enhanced.
Vorzugsweise ist zwischen mindestens einer Schaftwand und dem ihr zugeordneten Bodenteil mindestens eine Bohrung oder mindestens ein radial verlaufender Schlitz eingebracht. Damit kann einer erhöhten Steifigkeit des Kolbenschafts vorgebeugt werden, so dass ein hartes Tragen oder Fressen des Kolbenschafts im Motorbetrieb vermieden wird. Preferably, at least one bore or at least one radially extending slot is introduced between at least one skirt wall and its associated bottom part. Thus, an increased rigidity of the piston skirt can be prevented, so that a hard carrying or seizing the piston skirt is avoided during engine operation.
Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die Bodenteile an ihrer vom Kolben abgewandten Unterfläche mit mindestens einer Auflagefläche zur Zentrierung und Fixierung des Kolbens in einem Spannwerkzeug versehen werden. Dadurch wird eine ggf. notwendige Endbearbeitung, insbesondere spanende Endbearbeitung, des erfindungsgemäßen Kolbens vereinfacht. A preferred embodiment of the method according to the invention is that the bottom parts on their lower surface facing away from the piston with at least one bearing surface be provided for centering and fixing the piston in a clamping tool. This simplifies any necessary finishing, in particular machining finishing, of the piston according to the invention.
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere für Kolben mit geringer Kompressionshöhe geeignet. Dabei kann es sich um Stahl- oder Leichtmetallkolben mit oder ohne Kühlkanal handeln. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet sind Kolben aus einem aluminiumbasierten Werkstoff ohne Kühlkanal wie sie bspw. in der deutschen Offenlegungsschrift DE 41 10 306 A1 beschrieben sind. The present invention is particularly suitable for low compression height pistons. These may be steel or light metal pistons with or without a cooling channel. A preferred field of application are pistons made of an aluminum-based material without a cooling channel, as described, for example, in German Offenlegungsschrift DE 41 10 306 A1.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in einer schematischen, nicht maßstabsgetreuen Darstellung: An embodiment of the present invention will be explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. In a schematic, not to scale representation:
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbens mit radial nach innen umgebogenen Schaftwandverlängerungen; Figure 1 shows an embodiment of a piston according to the invention with radially inwardly bent leg wall extensions;
Figur 2 den Kolben gemäß Figur 1 in einer Ansicht in Richtung des Pfeils A in Figur 1 ; FIG. 2 shows the piston according to FIG. 1 in a view in the direction of the arrow A in FIG. 1;
Figur 3 einen Rohling für den Kolben gemäß Figur 1 mit axialen Schaftwandverlängerungen. 3 shows a blank for the piston according to Figure 1 with axial shaft wall extensions.
Die Figuren 1 und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbens 10. Der Kolben 10 kann aus einem Stahlwerkstoff oder einem Leichtmetallwerkstoff, insbesondere einer aluminiumbasierten Legierung, hergestellt sein. Der Kolben 10 weist bevorzugt eine niedrige Kompressionshöhe KH (bspw. KH/D = 0,27 bis 0,40) auf und kann mit oder ohne Kühlkanal ausgebildet sein. Im Ausführungsbeispiel ist der Kolben 10 ein Monobloc-Kastenkolben aus einem Kolbenkopfelement 1 1 und einem Kolbengrundkörper 21 , die unlösbar, bspw. mittels eines Schweißverfahrens, miteinander verbunden sind. Das Kolbenkopfelement 1 1 weist einen Kolbenboden 12, einen Wandbereich 14 einer Verbrennungsmulde 13, einen umlaufenden Feuersteg 15 und eine oberste Ringnut 17 einer umlaufenden Ringpartie 16 auf. Der Kolbengrundkörper 21 weist einen Bodenbereieh 22 der Verbrennungsmulde 13, die beiden unteren Ringnuten 23 der Ringpartie 16 sowie einander gegenüberliegende Kolbennaben 24 mit Nabenbohrungen 25 zur Aufnahme eines Kolbenbolzens (nicht dargestellt) auf. Die Kolbennaben 24 sind in an sich bekannter Weise über Laufflächen 27 aufweisende einander gegenüberliegende Schaftwände 26 miteinander verbunden. Das Kolbenkopfelement 1 1 und der Kolbengrundkörper 21 bilden gemeinsam einen in Höhe der Ringpartie 16 angeordneten äußeren umlaufenden Kühlkanal 18, der mindestens eine Zuführöffnung 19 für Kühlöl aufweist. Das Kolbenkopfelement 1 1 und der Kolbengrundkörper 21 bilden zusammen den Kolbenkopf 10a des Kolbens 10, während der Kolbenschaft 10b des Kolbens 10 alleine vom Kolbengrundkörper 21 gebildet wird. Figures 1 and 2 show an embodiment of a piston 10 according to the invention. The piston 10 may be made of a steel material or a light metal material, in particular an aluminum-based alloy. The piston 10 preferably has a low compression height KH (eg KH / D = 0.27 to 0.40) and may be formed with or without a cooling channel. In the exemplary embodiment, the piston 10 is a monobloc box piston of a piston head element 1 1 and a piston body 21, which are non-detachably, for example. By means of a welding process, connected to each other. The piston head element 1 1 has a piston crown 12, a wall region 14 of a combustion bowl 13, a circumferential one Fire bar 15 and a top annular groove 17 a circumferential ring portion 16. The piston main body 21 has a Bodenbereieh 22 of the combustion bowl 13, the two lower annular grooves 23 of the annular portion 16 and opposing piston bosses 24 with hub bores 25 for receiving a piston pin (not shown). The piston hubs 24 are connected in a conventional manner via running surfaces 27 having opposing shaft walls 26 with each other. The piston head element 1 1 and the piston body 21 together form a height of the ring portion 16 arranged outer circumferential cooling channel 18, which has at least one feed opening 19 for cooling oil. The piston head element 1 1 and the piston main body 21 together form the piston head 10 a of the piston 10, while the piston shaft 10 b of the piston 10 is formed solely by the piston main body 21.
Der Kolben 10 ist in seinem unteren Bereich, also etwa in Höhe der Unterkanten 28 seiner Laufflächen 27 mit zwei Bodenteilen 31 , 32 versehen, welche eine Abdeckung des Kolbeninnenraums 10' bilden. Die Bodenteile 31 , 32 sind einstückig an die freien Enden der Schaftwände 26 angeformt, im Ausführungsbeispiel mittels eines Schmiede- bzw. Biegeverfahrens. Die Bodenteile 31 , 32 erstrecken sich radial nach innen in Richtung einer Kolbenmittelachse M und bilden mit den Schaftwänden 26 einen rechten Winkel. Die Bodenteile 31 , 32 können aber auch in Richtung des Kolbeninnenraums 10' aufgebogen sein, so dass sie mit den Schaftwänden 26 einen spitzen Winkel bilden, wie es in Figur 1 strichpunktiert angedeutet ist. Die Kontur der Bodenteile 31 , 32 kann beliebig gewählt werden. Um eine optimal verbesserte Kühlwirkung zu erzielen, sollten die Bodenteile 31 , 32 jedoch den größtmöglichen Bereich der Unterseite des Kolbens 10 abdecken, wobei eine ausreichend dimensionierte Durchtrittsöffnung 33 für ein Pleuel erhalten bleiben muss. The piston 10 is provided in its lower region, that is approximately at the level of the lower edges 28 of its running surfaces 27 with two bottom parts 31, 32, which form a cover of the piston interior 10 '. The bottom parts 31, 32 are integrally formed on the free ends of the shaft walls 26, in the exemplary embodiment by means of a forging or bending process. The bottom parts 31, 32 extend radially inwardly in the direction of a piston center axis M and form a right angle with the shaft walls 26. However, the bottom parts 31, 32 can also be bent in the direction of the piston interior 10 'so that they form an acute angle with the shaft walls 26, as indicated by dash-dotted lines in FIG. The contour of the bottom parts 31, 32 can be chosen arbitrarily. In order to achieve an optimally improved cooling effect, however, the bottom parts 31, 32 should cover the largest possible area of the underside of the piston 10, wherein a sufficiently dimensioned passage opening 33 for a connecting rod must be maintained.
Falls der erfindungsgemäße Kolben 10 mit einer Anspritzkühlung versehen werden soll, ist in einem der Bodenteile, im Ausführungsbeispiel im Bodenteil 32, eine Aussparung 34 vorgesehen, die als Durchlass für einen aus einer Ölanspritzdüse austretenden Kühlölstrahl dient. Im Ausführungsbeispiel ist die Aussparung 34 im Wesentlichen fluchtend mit der Zuführöffnung 19 im Kühlkanal 18 angeordnet, so dass auch dieser mit Kühlöl versorgt werden kann. Die erfindungsgemäß vorgesehenen Bodenteile 31 , 32 sind einstückig, d.h. unlösbar, mit dem Kolben verbunden und fangen zurückfließendes Kühlöl auf und verzögern dessen Abfluss in Richtung Kurbelwelle. Durch den im Motorbetrieb auftretenden Shakereffekt wird das von den Bodenteilen 31 , 32 aufgefangene Kühlöl in hoher Frequenz in Richtung der Nabenbohrungen 25 und des Kolbenkopfs 10a hin und her bewegt. Daraus resultiert eine verbesserte Kühlwirkung, insbesondere im Bereich der Schaftwände 26, da das aufgefangene Kühlöl in diesem Bereich akkumuliert wird. If the piston 10 according to the invention is to be provided with a Anspritzkühlung, in one of the bottom parts, in the embodiment in the bottom part 32, a recess 34 is provided which serves as a passage for a leaking from a Ölanspritzdüse cooling oil jet. In the embodiment, the recess 34 is arranged substantially in alignment with the feed opening 19 in the cooling channel 18, so that it can be supplied with cooling oil. The inventively provided bottom parts 31, 32 are one piece, ie undetachable, connected to the piston and catch back flowing cooling oil and delay its outflow in the direction of the crankshaft. As a result of the shaker effect occurring during engine operation, the cooling oil collected by the base parts 31, 32 is moved in high frequency in the direction of the hub bores 25 and the piston head 10a. This results in an improved cooling effect, in particular in the area of the shaft walls 26, since the captured cooling oil is accumulated in this area.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass zumindest der Kolbenschaft 10b des Kolbens 10 mittels eines Schmiedeverfahrens hergestellt wird. Im Ausführungsbeispiel wird der Kolbengrundkörper 21 mittels eines Schmiedeverfahrens hergestellt. Wie aus Figur 3 zu entnehmen ist, werden beim Schmieden Schaftwandverlängerungen 26' einstückig an die Schaftwände 26 angeformt. Das erfindungsgemäß vorgesehene Schmiedeverfahren ermöglicht es auch, die Kontur der Schaftwandverlängerungen 26' festzulegen, so dass im fertigen Kolben 10 die Durchtrittsöffnung 33 für das Pleuel und ggf. die Aussparung 34 für den Kühlölzutritt ohne weitere Bearbeitungsschritte fertiggestellt sind. The inventive method provides that at least the piston skirt 10b of the piston 10 is produced by means of a forging process. In the exemplary embodiment, the piston body 21 is produced by means of a forging process. As can be seen from FIG. 3, shank wall extensions 26 'are integrally formed on the shank walls 26 during forging. The forging method provided according to the invention also makes it possible to define the contour of the skirt wall extensions 26 ', so that in the finished piston 10, the passage opening 33 for the connecting rod and possibly the recess 34 for the cooling oil access are completed without further processing steps.
Anschließend werden die Schaftwandverlängerungen 26' mittels eines geeigneten Biegeverfahrens radial nach innen in Richtung der Kolbenmittelachse M umgebogen, so dass sie die sich radial nach innen erstreckenden Bodenteile 31 , 32 gemäß den Figuren 1 und 2 sowie die Durchtrittsöffnung 33 und ggf. die Aussparung 34 bilden. Subsequently, the skirt wall extensions 26 'are bent radially inwardly in the direction of the piston center axis M by means of a suitable bending process, so that they form the radially inwardly extending bottom parts 31, 32 according to FIGS. 1 and 2 as well as the passage opening 33 and possibly the recess 34 ,
Vor dem Biegen der Bodenteile 31 , 32 kann, bspw. während des Schmiedens oder mittels eines Prägeverfahrens, an der zum Kolbeninneren gewandten Fläche eines Bodenteils oder beider Bodenteile 31 , 32 mindestens eine Vertiefung 36, 37 eingebracht werden, die als Ölsammelbe- hälter wirkt, so dass der Kühleffekt verstärkt wird. Before the bottom parts 31, 32 are bent, at least one depression 36, 37, for example, during forging or by means of an embossing process, can be introduced at the surface of a bottom part or both bottom parts 31, 32 which acts as an oil collection container. so that the cooling effect is enhanced.
Ferner kann nach dem Biegen der Bodenteile 31 , 32 an der dem Kolben abgewandten Unterseite mindestens einer der Bodenteile 31 , 32 mindestens eine Auflagefläche 35 eingebracht werden, um bei weiteren Bearbeitungsschritten, insbesondere einer spanenden Endbearbeitung des Kolbens 10, eine Auflage des Kolbens 10 in einer Spannvorrichtung bereitzustellen. Diese Auflagefläche 35 wird nach der Endbearbeitung des Kolbens 10 wieder entfernt. Die Auflagefläche 35 kann bspw. während des Schmiedens der Schaftwandverlängerungen 26' oder nach dem Biegen durch teilweises Einstanzen der Bodenteile 31 , 32, insbesondere während der Herstellung der Vertiefungen 36, 37, eingebracht werden. Furthermore, after the bending of the bottom parts 31, 32 on the underside facing away from the piston at least one of the bottom parts 31, 32, at least one bearing surface 35 can be introduced, in order to carry out further processing steps, in particular a machining finish of the piston 10 to provide a support of the piston 10 in a clamping device. This bearing surface 35 is removed after the finishing of the piston 10 again. The support surface 35 may, for example, during the forging of the skirt wall extensions 26 'or after bending by partial punching of the bottom parts 31, 32, in particular during the production of the recesses 36, 37, are introduced.

Claims

Patentansprüche Patent claims
1. Kolben (10) für einen Verbrennungsmotor, mit einem Kolbenkopf (10a) und einem Kolbenschaft (10b), wobei der Kolbenschaft (10b) einander gegenüberliegende Bolzennaben (24) mit Nabenbohrungen (25) sowie einander gegenüberliegende Schaftwände (26) mit Laufflächen (27) aufweist, wobei am unteren Ende des Kolbens (10) eine Abdeckung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung an den freien Enden der einander gegenüberliegenden Schaftwände (26) in Form sich radial nach innen erstreckender und einstückig mit den Schaftwänden (26) ausgebildeter Bodenteile (31 , 32) angeformt ist. 1. Piston (10) for an internal combustion engine, with a piston head (10a) and a piston skirt (10b), the piston skirt (10b) having opposing bolt hubs (24) with hub bores (25) and opposing shaft walls (26) with running surfaces ( 27), wherein a cover is provided at the lower end of the piston (10), characterized in that the cover is at the free ends of the opposing shaft walls (26) in the form of radially inwardly extending and integral with the shaft walls (26) trained base parts (31, 32) is formed.
2. Kolben nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenteile (31 , 32) einstückig mit den Schaftwänden (26) geschmiedet sind. 2. Piston according to claim 1, characterized in that the base parts (31, 32) are forged in one piece with the shaft walls (26).
3. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenteile (31 , 32) mit den Schaftwänden (26)einen rechten Winkel oder einen spitzen Winkel einschließen. 3. Piston according to claim 1, characterized in that the base parts (31, 32) enclose a right angle or an acute angle with the shaft walls (26).
4. Kolben nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Bodenteil (32) eine Aussparung (34) aufweist. 4. Piston according to claim 1, characterized in that at least one base part (32) has a recess (34).
5. Kolben nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenkopf (10a) einen umlaufenden Kühlkanal (18) mit mindestens einer Zuführöffnung (19) für Kühlöl aufweist und dass die Aussparung (34) mit der mindestens einen Zuführöffnung (19) fluchtend ausgebildet ist. 5. Piston according to claim 4, characterized in that the piston head (10a) has a circumferential cooling channel (18) with at least one supply opening (19) for cooling oil and that the recess (34) is designed to be aligned with the at least one supply opening (19). .
6. Kolben nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Bodenteil (31 , 32) auf seiner zum Kolbeninneren gewandten Fläche mindestens eine Vertiefung (36, 37) aufweist. 6. Piston according to claim 1, characterized in that at least one base part (31, 32) has at least one recess (36, 37) on its surface facing the interior of the piston.
Kolben nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen mindestens einer Schaftwand (26) und dem ihr zugeordneten Bodenteil (31 , 32) mindestens eine Bohrung (38, 39) oder mindestens ein radial verlaufender Schlitz eingebracht ist. Piston according to claim 1, characterized in that at least one bore (38, 39) or at least one radially extending slot is introduced between at least one shaft wall (26) and the base part (31, 32) assigned to it.
Verfahren zur Herstellung eines Kolbens (10) für einen Verbrennungsmotor, mit einem Kolbenkopf (10a) und einem Kolbenschaft (10b), wobei der Kolbenschaft (10b) einander gegenüberliegende Bolzennaben (24) mit Nabenbohrungen (25) sowie einander gegenüberliegende Schaftwände (26) mit Laufflächen (27) aufweist, wobei am unteren Ende des Kolbens (10) eine Abdeckung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Kolbenschaft (10b) mittels eines Schmiedeverfahrens hergestellt wird, dass Schaftwandverlängerungen (26') durch Schmieden einstückig an die einander gegenüberliegenden Schaftwände (26) angeformt werden und dass die Schaftwandverlängerungen (26') radial nach innen umgebogen werden, so dass sich radial nach innen erstreckende Bodenteile (31 , 32) resultieren. Method for producing a piston (10) for an internal combustion engine, with a piston head (10a) and a piston skirt (10b), the piston skirt (10b) having opposing bolt hubs (24) with hub bores (25) and opposing shaft walls (26). Has running surfaces (27), a cover being provided at the lower end of the piston (10), characterized in that at least the piston skirt (10b) is manufactured by means of a forging process, that skirt wall extensions (26 ') are forged in one piece to the shaft walls lying opposite one another (26) are formed and that the shaft wall extensions (26 ') are bent radially inwards, so that bottom parts (31, 32) extend radially inwards.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenteile (31 , 32) an ihrer vom Kolben (10) abgewandten Unterfläche mit mindestens einer Auflagefläche (35) zur Zentrierung und Fixierung des Kolbens (10) in einem Spannwerkzeug versehen werden. 9. The method according to claim 8, characterized in that the base parts (31, 32) are provided on their lower surface facing away from the piston (10) with at least one support surface (35) for centering and fixing the piston (10) in a clamping tool.
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