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WO1998016731A1 - Gebauter kolben - Google Patents

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WO1998016731A1
WO1998016731A1 PCT/DE1997/001799 DE9701799W WO9816731A1 WO 1998016731 A1 WO1998016731 A1 WO 1998016731A1 DE 9701799 W DE9701799 W DE 9701799W WO 9816731 A1 WO9816731 A1 WO 9816731A1
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WO
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piston
built
pin bosses
steel
connecting plate
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PCT/DE1997/001799
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Holger Franz
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Mahle Gmbh
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Publication date
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    • 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
    • F02F3/0023—Multi-part pistons the parts being bolted or screwed together
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
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    • F05C2201/02—Light metals
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    • F05C2201/0433—Iron group; Ferrous alloys, e.g. steel
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    • F05C2201/04—Heavy metals
    • F05C2201/0433—Iron group; Ferrous alloys, e.g. steel
    • F05C2201/0448—Steel

Definitions

  • the invention relates to a piston built according to the preamble of claim 1.
  • the invention is therefore concerned with the problem of increasing the hub and support strength and the strength in the area of the screw connection in the case of generic pistons and at the same time keeping the weight of the piston low.
  • the thrust pieces usually used in generic pistons for introducing force into the aluminum lower part can advantageously be dispensed with if, as shown in the exemplary embodiment, the force introduction of the connecting screws takes place in the iron material of the upper part and the hubs or the hub support or the connecting plates.
  • the bolt hubs screwed to the lower part consist of steel, then preferably forged steel is used. Cast steel can also meet the requirements.
  • Fig. 1 a piston according to the invention in
  • Fig. 2 is a bottom view, cut at the level of the bolt axis.
  • the screw shown at the top left is the Lichity not drawn in the correct position, but so that it is shown broken with its real pitch circle.
  • a built-in piston 1 has a steel upper part 2 and a lower part 3 made of an aluminum-based material.
  • pin bosses 4 made of an iron material, which were produced by casting or forging, are mounted with a connecting plate 5 integrally formed with four screws 6.
  • the four screws 6 are introduced into the steel upper part 2 and into the connecting plate 5.
  • the lower part 3 is clamped between the upper steel part 2 and the connecting plate 5. The correct positioning of the upper part 2 to the lower part 3 and the connecting plate 5 to the lower part 3 is ensured by dowel pins 7.
  • connecting plates 5 there can be provided - as shown in FIG. 1 - a plate integral with the two hubs 4 as well as one for each hub, that is a total of two plates integral with the respective hubs.
  • the connecting plate or plates facilitate precise positioning of the pin hubs relative to the piston center axis.
  • the lower part 3 consists of a shaft 8 and a lower part base 9, which has a cooling oil opening 10 in its center towards a central cooling space 11.

Landscapes

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
  • Braking Arrangements (AREA)

Abstract

Bei gebauten Kolben (1) mit einem Oberteil (2) aus einem Eisenwerkstoff und einem Unterteil (3) aus einer Aluminiumlegierung soll die Nabenbelastbarkeit erhöht werden. Hierzu weist das Unterteil (3) Bolzennaben (4) aus Gusseisen oder Stahl auf, die zumindest mit dem Unterteil (3) verschraubt sind.

Description

Gebauter Kolben
Die Erfindung betrifft einen gebauten Kolben nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE-PS 38 32 022 ist ein entsprechender Kolben mit einem Unterteil aus einem Aluminiumwerkstoff bekannt. Bei derartigen Kolben geht die Entwicklung hin zu Zünddrücken von mehr als 150 bar. Mit zunehmender Zünddruckbelastung erweist sich dabei die Belastung der Bolzennaben als zu hoch und es kann zu Nabenanrissen und Rissen in der Abstüt- zung kommen. Dieses Problem wird bisher dadurch gelöst, daß das Unterteil ebenfalls aus einem Eisenwerkstoff hergestellt wird, wobei gegebenenfalls dann auch ein einstückig gegossener GGG-Kolben eingesetzt wird.
Nachteil dieser Lösung ist, daß auf den Gewichtsvorteil, den die Verwendung von Aluminium-Werkstoffen mit sich bringt, verzichtet wird.
Die Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, bei gattungsgemäßen Kolben die Naben- und Abstützungsfestigkeit sowie die Festigkeit im Bereich der Verschraubung zu erhöhen und dabei das Gewicht des Kolbens niedrig zu halten.
Dieses Problem wird bei gattungsgemäßen Kolben gelöst durch die Ausgestaltung gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche . Da bei der erfindungsgemäßen Lösung am Kolbenunterteil nur die festigkeitsmäßig hochbelasteten Bereiche Nabe und gegebenenfalls die Nabenabstützung aus Eisenwerkstoff bestehen, der Schaft und der die Kräfte vom Kolbenboden aufnehmende Unterteilboden jedoch weiterhin aus einem Aluminiumbasis- Werkstoff bestehen, weist der Kolben bei stark verbesserter Nabenbelastbarkeit ein niedrigeres Gewicht, als ein vergleichbarer, komplett aus einem Eisenwerkstoff bestehender Kolben auf. Auf die bei gattungsgemäßen Kolben üblicherweise zur Krafteinleitung ins Aluminium-Unterteil verwendeten Druckstücke kann vorteilhaft verzichtet werden, wenn, wie im Ausführungsbeispiel dargestellt, die Krafteinleitung der Verbindungsschrauben jeweils in den Eisenwerkstoff des Oberteils und der Naben bzw. der Nabenabstützung oder der Verbindungsplatten erfolgt.
Wenn die mit dem Unterteil verschraubten Bolzennaben aus Stahl bestehen, so wird vorzugsweise geschmiedeter Stahl verwendet. Aber auch Stahlguß kann die gestellten Anforderungen erfüllen.
Gegenüber Kolben mit einem Unterteil aus Gußeisen ergeben sich außerdem Vorteile bezüglich der notwendigen Qualitätskontrollen und im Bezug auf Werkstoff- und Gießfehler.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Kolben im
Querschnitt (links in Bolzenrichtung, rechts in Druck-Gegendruck-Richtung)
Fig. 2 eine Untersicht, geschnitten auf Höhe der Bolzenachse.
Dabei ist die links oben dargestellte Schraube der Anschau- lichkeit halber nicht lagerichtig eingezeichnet, sondern so, daß sie mit ihrem realen Teilkreis aufgebrochen dargestellt ist.
Ein gebauter Kolben 1 weist ein Stahloberteil 2 und ein Unterteil 3 aus einem Aluminiumbasis-Werkstoff auf. Am Unterteil 3 sind Bolzennaben 4 aus einem Eisenwerkstoff, die durch Gießen oder Schmieden hergestellt wurden mit einer einstückig angeformten Verbindungsplatte 5 mit vier Schrauben 6 montiert. Die Krafteinleitung der vier Schrauben 6 erfolgt in das Stahloberteil 2 und in die Verbindungsplatte 5. Dabei wird das Unterteil 3 zwischen Stahloberteil 2 und Verbindungsplatte 5 verspannt. Die lagerichtige Positionierung von Oberteil 2 zu Unterteil 3 und Verbindungsplatte 5 zum Unterteil 3 wird durch Paßstifte 7 gewährleistet .
Als Verbindungsplatten 5 können sowohl - wie in Figur 1 dargestellt - eine mit den beiden Naben 4 einstückige Platte als auch je Nabe eine, also insgesamt zwei mit den jeweiligen Naben einstückige Platten vorgesehen sein. Durch die Verbindungsplatte bzw. Platten wird insbesondere eine exakte Positionierung der Bolzennaben relativ zur Kolbenmittelachse erleichtert.
Das Unterteil 3 besteht aus einem Schaft 8 und einem Unterteilboden 9, der in seinem Zentrum einen Kühlöldurchbruch 10 hin zu einem zentralen Kühlraum 11 aufweist.

Claims

Patentansprüche
1. Gebauter Kolben mit einem Kolbenoberteil aus Stahl oder Gußeisen und einem Kolbenunterteil aus einem Werkstoff auf Aluminiumbasis, das einen Schaft und in seinem oberen Bereich einen Unterteilboden mit mindestens einer Auflagefläche für das Kolbenoberteil aufweist und wobei das Kolbenunterteil und das Kolbenoberteil durch Schrauben miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (1) Bolzennaben (4) aus Gußeisen oder
Stahl aufweist, die zumindest mit dem Kolbenunterteil
(3) verschraubt sind.
2. Gebauter Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne , daß einstückig mit den jeweiligen Bolzennaben (4) Nabenabstützungen aus Gußeisen oder Stahl vorhanden sind.
3. Gebauter Kolben nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet , daß die Bolzennaben (4) mit dem Oberteil (2) durch Schrauben (6) verbunden sind und die Krafteinleitung von den Schrauben (6) in die Bolzennaben (4) bzw. die Verbindungsplatte (5) und das Oberteil (2) erfolgt, so daß das Kolbenunterteil (3) zwischen den Bolzennaben
(4) und dem Oberteil (2) eingespannt ist. Gebauter Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichne , daß die beiden Bolzennaben (4) nur eine, gemeinsame Verbindungsplatte (5) aufweisen, so daß die Bolzennaben (4) und die Verbindungsplatte (5) einstückig sind.
Gebauter Kolben nach Anspruch 1 - 3, dadurch gekennzeichne , daß die beiden Bolzennaben (4) je eine Verbindungsplatte (5) aufweisen.
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