DE10042422C1

DE10042422C1 - Split piston and piston crown retaining spring

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Publication number: DE10042422C1
Application number: DE2000142422
Authority: DE
Inventors: Andreas Mozzi
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-08-30
Filing date: 2000-08-30
Publication date: 2002-04-04
Anticipated expiration: 2020-08-31
Also published as: AU2001291603A1; WO2002018770A1

Abstract

Zur Befestigung eines Kolbenbodens an einem Kolbengrundkörper dient eine Kolbenbodenhaltefeder, deren Besonderheit darin besteht, dass sie zumindest einem dem Kolben zugeordneten Befestigungsabschnitt und zumindest zwei Befestigungsabschnitte aufweist, die dem Kolbengrundkörper zugeordnet sind. Zwischen dem Bodenbefestigungsabschnitt und den Kolbenbefestigungsabschnitten ist durch Federbereiche und/oder eine dem Bodenbefestigungsbereich inhärente federnde Nachgiebigkeit und/oder durch eine den Kolbenbefestigungsbereichen inhärenten federnde Nachgiebigkeit eine Federwirkung geschaffen, die insbesondere einen Dehnungsausgleich zwischen dem Kolbenboden und dem Kolbengrundkörper gestattet. Durch diese Maßnahme kann das Einbauspiel des Kolbens verringert werden (mechanische Trennung) und die Wärmeübertragung zwischen dem Kolbenboden und dem Kolbengrundkörper wird vermindert (thermische Trennung).A piston crown retaining spring is used to fasten a piston crown to a piston base body, the special feature of which is that it has at least one fastening section assigned to the piston and at least two fastening sections assigned to the piston base body. A spring effect is created between the base mounting section and the piston mounting sections by spring areas and / or a resilient resilience inherent in the floor mounting area and / or by a resilience which is inherent in the piston mounting areas, which allows in particular an expansion compensation between the piston head and the piston body. With this measure, the installation clearance of the piston can be reduced (mechanical separation) and the heat transfer between the piston crown and the piston body is reduced (thermal separation).

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolben für einen Ver brennungsmotor sowie eine zum Einbau in einen solchen Kolben vorgesehene Haltefeder, dargelegt im einteiligen Patentanspruch 1.The invention relates to a piston for a Ver internal combustion engine and one for installation in such Piston provided retaining spring, set out in one-part claim 1.

Kolben für Verbrennungsmotoren sind sowohl mechanisch als auch thermisch hoch beanspruchte Bauteile. Der Kolben boden begrenzt unmittelbar den Brennraum und wird deshalb thermisch hoch belastet. Dagegen steht der Kolbenmantel mit der Lauffläche in gleitender Berührung, wobei die Temperatur des Kolbenmantels und der Lauffläche eine bestimmte Maximaltemperatur möglichst nicht überschreiten soll. Trotz Kühlung der Lauffläche erreicht der Kolbenbo den doch eine Temperatur, die über der Temperatur der Lauffläche liegt. Die thermische Ausdehnung des Kolbenbodens darf jedoch nicht zum Klemmen des Kolbens führen, weshalb ein entsprechendes Einbauspiel, insbesondere im Bereich des Kolbenbodens, erforderlich ist. Dehnt sich dieser infolge der Erwärmung aus, verformt er den sich anschließenden Kolbenmantel, so dass auch dieser, ins besondere im Bereich des Kolbenbodens, ein erhöhtes Ein bauspiel benötigt.Pistons for internal combustion engines are both mechanical as well as thermally highly stressed components. The piston floor directly limits the combustion chamber and is therefore highly thermally stressed. The piston skirt stands against this with the tread in sliding contact, the Temperature of the piston skirt and the tread if possible, do not exceed a certain maximum temperature should. Despite cooling the tread, the piston ram reaches a temperature that is above the temperature of the Tread lies. The thermal expansion of the piston crown must not lead to the piston jamming, which is why a corresponding installation game, especially in Area of the piston crown. Expands this due to the heating, it deforms itself subsequent piston skirt, so that this, too especially in the area of the piston crown, an increased on building game needed.

Eine erhöhte Kühlung des Kolbenbodens kann zwar dessen thermische Ausdehnung reduzieren, führt jedoch gleichzeitig zu einer stärken Kühlung der kolbennahen Bereiche des Brennraums und somit unter Umständen zu einer verschlechterten Verbrennung und somit erhöhten CO-Werten.An increased cooling of the piston crown can be reduce its thermal expansion, however, leads at the same time for a stronger cooling of the piston near Areas of the combustion chamber and thus possibly to one deteriorated combustion and thus increased CO values.

Es ist bereits vorgeschlagen worden (US 48 48 291), den Kolbenboden eines Kolbens aus einem anderen Material auszuführen, als den übrigen Kolben. Diese Maßnahme erfordert eine sichere Verbindung des Kolbenbodens mit dem übrigen Kolben. Auf grund der mechanischen Beanspruchung dieser Verbindung, insbesondere bei höheren Drehzahlen des Motors, ist die Verbindung kritisch.It has already been proposed (US 48 48 291), the piston crown a piston made of a different material than the rest of the piston. This measure requires a safe one Connection of the piston crown to the rest of the piston. on due to the mechanical stress on this connection, especially at higher engine speeds Connection critical.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Befestigungsmittel zu schaffen, mit dem der von dem übri gen Kolben getrennte Kolbenboden an dem Kolben sicher zu befestigen ist, und darüber hinaus einen Kolben mit sicher gehaltenem Kolbenboden zu schaffen.Based on this, it is an object of the invention to To create fasteners with which the rest of the separate piston crown on the piston attach, and beyond one To create pistons with a securely held piston crown.

Dies Aufgabe wird durch die Merkmale der einteiligen Patentansprüche 1 und 12 ge löst, soweit sie nicht im vorstehenden Text der Beschreibungseinleitung als bekannt herausge stellt sind.This task is characterized by the characteristics of the one-piece Claims 1 and 12 ge resolves, as far as they are not known as known in the introduction to the description represents are.

Erfindungsgemäß wird der Kolbenboden mit dem übrigen Kolben durch eine Haltefeder verbunden, d. h. ein Befestigungselement, das keine starre Verbindung zwischen Kolben boden und Kolben, sondern eine wenigstens etwas federnd nachgiebige Verbindung schafft. Dies ermöglicht mindestens den Ausgleich von Mikrobewegungen infolge unterschiedli cher Wärmedehnung des Kolbenbodens und des Kolbenmantels. Auch wenn der Kolbenboden durch die Kolbenbodenhaltefeder fest vorgespannt oder auch lose an einer entsprechenden Sitzfläche des übrigen Kolben anliegt, ist der Wärme übergang zwischen dem Kolbenboden und dem Kolbenmantel doch gegenüber einem einstückig ausgebildeten Kolben behindert. Dies gilt insbesondere, wenn den Wärmeübergang hemmende Schichten wie Oxidschichten oder anderweitige Schichten auf wenigstens einer der Sitzflächen aufgebracht ist, mit denen der Kolbenboden an dem übrigen Kolben anliegt. Der Kolbenboden kann somit wesentlich höhere Temperaturen annehmen als der Kolbenmantel, ohne zu viel Wärme auf die Lauffläche zu übertragen. Eine entsprechende Materialwahl für den Kolbenboden, bspw. Titan oder Alumi niumlegierungen sowie geeignete Beschichtungen wie bspw. Beschichtungen aus Titan oder Titanverbindungen, Keramik, Hardcoat oder andere im CVD oder PVD aufgebrachte Be schichtungen gestatten dies. Die Beschichtungen können die Sitzflächen oder auch die dem Brennraum zugewandte Seite des Kolbenbodens betreffen.According to the piston crown with the rest Piston connected by a retaining spring, i. H. a fastener, that is not a rigid connection between pistons bottom and piston, but at least somewhat resilient compliant connection creates. At least this enables the compensation of micro movements as a result of differing thermal expansion of the piston crown and the piston skirt. Even if the piston crown by the piston crown retaining spring firmly pretensioned or loosely on a corresponding one The seat of the rest of the piston is the heat transition between the piston crown and the piston skirt but compared to a one-piece piston with special needs. This is especially true when heat transfer inhibiting layers such as oxide layers or otherwise Layers applied to at least one of the seat surfaces with which the piston crown on the rest of the piston is applied. The piston crown can therefore be much higher Take on temperatures as the piston skirt without too much Transfer heat to the tread. A corresponding Choice of materials for the piston crown, e.g. titanium or aluminum nium alloys and suitable coatings such as Coatings of titanium or titanium compounds, ceramics, Hard coat or other CVD or PVD applied layers allow this. The coatings can Seating surfaces or the side facing the combustion chamber of the piston crown.

Die Kolbenbodenhaltefeder weist wenigstens einen Befestigungsabschnitt für den Kolbenboden und zumindest zwei Befestigungabschnitte auf, die dem Kolbenmantel zugeordnet sind. Dies ermöglicht eine symmetrische Bau weise, bei der die durch das ständige Hin- und Hergehen eines Kolbens eines schnelllaufenden Motors erheblichen Beschleunigungskräfte symmetrisch von dem Kolbenboden auf den übrigen Kolben übertragen werden. Die dadurch mögliche kräftemäßige Symmetrierung gestattet es, einen Feder abschnitt oder -bereich an der Kolbenbodenhaltefeder vorzusehen, der eine gewisse und geringe Beweglichkeit des Kolbenbodens in Axialrichtung gestattet. Dadurch wird der Kolbenboden einerseits präzise geführt, andererseits sind wenigstens geringfügige Gasübertritte aus dem Kurbel gehäuse in den Brennraum (oder bedarfsweise auch umge kehrt) möglich, bspw. um den Kolbenboden zu kühlen.The piston crown retaining spring has at least one Attachment section for the piston crown and at least two mounting sections on the piston skirt assigned. This enables a symmetrical construction wise in which by going back and forth a piston of a high-speed engine Acceleration forces symmetrically from the piston crown be transferred to the remaining pistons. The possible Force balancing allows a spring Section or area on the piston crown retaining spring to provide a certain and low mobility of the Piston base allowed in the axial direction. This will make the Piston base on the one hand, precisely guided, on the other hand at least minor gas transfers from the crank housing in the combustion chamber (or vice versa if necessary returns) possible, for example to cool the piston crown.

Die federnde Lagerung des Kolbenbodens beschränkt sich vorzugsweise auf einen Federhub von wenigen Bruch teilen eines Millimeters, um allenfalls einen geringfügi gen Spalt zwischen dem Kolben und dem Kolbenboden zu zulassen, der die Dichtigkeit des Kolbens nicht wesentlich beeinträchtigt. Dennoch kann auch ein geringer Spalt die Wärmeübertragung zwischen dem Kolbenboden und dem Kolben hemd effektiv reduzieren.The resilient mounting of the piston crown is limited preferably on a spring stroke of a few breaks divide a millimeter to make a slight difference gap between the piston and the piston crown allow the tightness of the piston is not essential impaired. Nevertheless, a small gap can Heat transfer between the piston crown and the piston reduce shirt effectively.

Die Kolbenbodenhaltefeder ist vorzugsweise bezüglich zweier zueinander rechtwinklig stehender Ebenen symme trisch ausgebildet. Zur Befestigung des Kolbenbodens dient dann lediglich eine einzige Kolbenbodenhaltefeder, die dann auch im Rahmen einer gewissen Fertigungsstreuung jeweils immer für symmetrische Befestigungsverhältnisse des Kolbenbodens sorgt.The piston crown retaining spring is preferably relative to two levels perpendicular to each other symme trained. Used to attach the piston crown then just a single piston crown retaining spring, the then also within the scope of a certain manufacturing spread always for symmetrical fastening conditions of the piston crown.

Der Federbereich kann sich ganz oder zum Teil in den Befestigungsabschnitt der Kolbenbodenhaltefeder hinein erstrecken. Dadurch kann der Boden-Befestigungsabschnitt der Kolbenbodenhaltefeder zugleich als Federbereich und somit als Biegefeder genutzt werden, was etwas größere Federhübe ermöglicht. Außerdem wird so die Möglichkeit geschaffen, den Kolbenboden mit der Befestigungsfeder gegen den Kolbenmantel vorzuspannen. Der Spalt zwischen dem Kolbenboden und dem Kolbenhemd ist dann weitgehend geschlossen, wobei jedoch eine radiale Ausdehnung des Kolbenbodens und somit eine radiale Mikrobewegung in der Berührungsfläche zwischen dem Kolbenboden und dem Kolben möglich ist. Die Zentrierung des Kolbenbodens gegenüber dem Kolben kann bei dieser Ausführungsform durch einen kegelförmigen Sitz des Kolbenbodens an einer entsprechen den konischen Ringfläche des übrigen Kolbens bewirkt werden.The spring area can completely or partially in the Fastening section of the piston crown retaining spring into it extend. This allows the floor mounting section the piston crown retaining spring as spring area and thus can be used as a spiral spring, which is slightly larger Allows spring strokes. It also becomes an opportunity created the piston crown with the mounting spring preload against the piston skirt. The gap between the piston crown and the piston skirt is then largely closed, but with a radial expansion of the Piston crown and thus a radial micro movement in the Contact surface between the piston crown and the piston is possible. The centering of the piston crown opposite the piston can in this embodiment by a conical seat of the piston crown on a correspond causes the conical ring surface of the rest of the piston become.

Es ist dagegen auch möglich, den Boden-Befestigungs abschnitt mit Aussteifungsmitteln zu versehen und den Federbereich bspw. auf einen kleinen Biegebereich mit engem Biegeradius zu beschränken, der zwischen dem Boden- Befestigungsabschnitt und dem Kolben-Befestigungsabschnitt angeordnet ist. Hierbei lassen sich auch mit dünnen und somit leichten Befestigungselementen sehr harte Federkenn linien schaffen, die sicherstellen, dass der Kolbenboden nicht zu weit von seiner Sitzfläche abhebt oder an der Sitzfläche anliegend gehalten wird. Bei dieser Bauform, bei der der Kolben-Befestigungsabschnitt vorzugsweise lediglich auf Zug beansprucht wird, ist es auch möglich, den Kolbenboden nahezu ohne Vorspannung an dem Kolben zu halten. Die Kolben-Befestigungsabschnitte können dabei rechtwinklig gegen den Boden-Befestigungsabschnitt abge winkelt sein. Vorzugsweise ist der Winkel jedoch vom rechten Winkel geringfügig abweichend festgelegt. Die Kolben-Befestigungsabschnitte können gleichzeitig dazu dienen, dem Kolbenboden eine Seitenführung zu geben, wenn an dem Kolben entsprechende Anlageflächen für die Kolben- Befestigungsabschnitte vorgesehen sind. Der Kolbenboden muss deshalb nicht über die Sitzfläche zentriert werden - die Sitzfläche kann als Planfläche ausgebildet werden.However, it is also possible to fix the floor section with stiffeners and the Spring area, for example, with a small bending area to restrict the narrow bending radius between the floor Fastening section and the piston fastening section is arranged. You can also use thin and thus light fasteners very hard spring characteristics create lines that ensure the piston crown does not lift too far from its seat or on the Seat is held close. With this design, where the piston mounting section is preferred is only loaded on train, it is also possible the piston crown almost without preloading the piston hold. The piston attachment sections can at right angles to the floor mounting section be angled. However, the angle is preferably from right angle set slightly different. The Piston mounting sections can do this at the same time serve to give the piston crown a side guide if corresponding contact surfaces on the piston for the piston Fastening sections are provided. The piston crown therefore does not have to be centered over the seat - the seat can be designed as a flat surface.

Bei dieser Bauform können die Kolben-Befestigungs abschnitte außerdem eine gewisse Wärmeregulierung des Kolbens bewirken. Dies insbesondere, wenn deren Wärmeaus dehnungskoeffizient etwas größer ist, als der des Kolben mantels. Wird der Kolbenboden und somit die Haltefeder zu warm, kann ein gewisser Spalt zwischen dem Kolbenboden und dem Kolbenmantel hergestellt werden, was eine zu starke Erwärmung des Kolbenmantels verhindert. Ist diese nicht zu befürchten, kann der Wärmedehnungseffekt der Kolben-Be festigungsabschnitte auch umgekehrt dazu genutzt werden, den Spalt bei zunehmender Temperatur zu verringern, bspw. um den Kolbenboden verstärkt zu kühlen, wenn er zu heiß wird. In diesem Fall ist der Wärmeausdehnungskoeffizient der Kolben-Befestigungsabschnitte kleiner zu wählen als der des Kolbenmantels.With this design, the piston attachment sections also some heat regulation of the Effect piston. This is especially true if their heat expansion coefficient is slightly larger than that of the piston mantels. If the piston crown and thus the retaining spring too warm, there may be a certain gap between the piston crown and the piston skirt are made, which is too strong Prevention of heating of the piston skirt. If this is not too fear the thermal expansion effect of the piston loading reinforcement sections can also be used vice versa to to reduce the gap with increasing temperature, e.g. to cool the piston crown when it’s too hot becomes. In this case, the coefficient of thermal expansion the piston mounting sections to choose smaller than that of the piston skirt.

Es hat sich gezeigt, dass die gewünschte Federhärte der Kolbenbodenhaltefeder insbesondere dann erreicht wird, wenn der den Federabschnitt bildende Biegebereich einen Biegeradius hat, der in Bezug auf die Materialstärke gering ist und diese nur wenig übersteigt. Bspw. aber sollte der Biegeradius kaum kleiner sein, als das 0,5- bis einfache der Materialstärke. Die übrigen Bereiche der Kolbenbodenhaltefeder sind dann hinsichtlich der auf tretenden Belastung biege- bzw. zugsteif (Boden-Halte abschnitt bzw. Kolben-Halteabschnitt), so dass der Kolben boden nahezu fest gehalten ist.It has been shown that the desired spring hardness the piston crown retaining spring is reached in particular if the bending area forming the spring section has a Bending radius has that in terms of material thickness is small and only slightly exceeds it. For example. but the bending radius should hardly be smaller than the 0.5 to simple of material thickness. The remaining areas of Piston base retaining spring are then on occurring bending or tensile stiffness (floor holding section or piston holding section) so that the piston floor is held almost firmly.

Die Befestigung der Kolbenbodenhaltefeder an dem Kolbenboden und an dem übrigen Kolben kann durch Niet verbindung, durch Pressverbindung oder auch mittels Feder ringen erfolgen. Bevorzugt wird, wegen der einfachen Montage und der sich dennoch ergebenden guten Sicherheit, die Lagerung mittels an der Kolbenbodenhaltefeder an gebrachten Federzungen, die sich an entsprechenden Vor sprüngen oder Stützflächen des Kolbenbodens abstützen. Der Boden-Befestigungsabschnitt der Kolbenbodenhaltefeder kann mit dem Kolbenboden verpresst oder mit diesem verklemmt werden. Beide Verbindungsarten haben sich als langzeit stabil erwiesen. The attachment of the piston crown retaining spring to the Piston bottom and on the rest of the piston can be riveted connection, by press connection or also by means of a spring wrestling done. Is preferred because of the simple Assembly and the resulting good security, the bearing by means of the piston crown retaining spring brought spring tongues, which correspond to corresponding before jump or support the support surfaces of the piston crown. The Bottom mounting section of the piston crown retaining spring can pressed or jammed with the piston crown become. Both types of connection have proven to be long-term proven stable.

Weitere Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung oder der zugehörigen Beschreibung sowie aus Unteransprüchen.Further details of advantageous embodiments the invention result from the drawing or the associated description and from subclaims.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfin dung veranschaulicht. Es zeigt:Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing illustrated. It shows:

Fig. 1 einen Kolben mit Pleuel und Kurbelwelle, wobei der Kolben einen gesonderten Kolbenboden aufweist, in perspektivischer Schnittdarstellung, Fig. 1 a piston with connecting rod and crankshaft, said piston comprises a separate piston head, in a perspective sectional representation,

Fig. 2 die Anordnung nach Fig. 1, in Explosionsdar stellung, Fig. 2 shows the arrangement according to Fig. 1, position in Explosionsdar,

Fig. 3 den Kolben nach Fig. 1, in einer schemati sierten Schnittdarstellung, Fig. 3 shows the piston according to Fig. 1, in a schemati overbased sectional view,

Fig. 4 einen Kolben nach dem Stand der Technik, in überhöhter Schnittdarstellung und zur Veranschaulichung seiner Wärmedehnung, Fig. 4 shows a piston according to the prior art, in excessive sectional view and illustration of its thermal expansion,

Fig. 5 den erfindungsgemäßen Kolben mit erfindungs gemäßer Haltefeder, in Schnittdarstellung, Fig. 5 shows the piston according to the invention with Inventive according clip, in section,

Fig. 6 die Haltefeder nach Fig. 5, in einer Seiten ansicht, Fig. 6, the holding spring of Fig. 5, view in a side,

Fig. 7 die Haltefeder nach Fig. 5 und 6, in einer gedrehten Seitenansicht, Fig. 7, the holding spring of Fig. 5 and 6, in a rotated side view,

Fig. 8 die Haltefeder nach Fig. 6 und 7, in Drauf sicht, Fig. 8, the retainer spring of Fig. 6 and 7, exposed in plan,

Fig. 9 eine abgewandelte Ausführungsform der Haltefe der in drei Ansichten, Fig. 9 shows a modified embodiment of the Haltefe, in three views

Fig. 10, 10a abgewandelte Ausführungsformen eines Kolbens mit einer als Klemmfeder ausgebildeten Haltefeder, in Schnittdarstellung, Fig. 10, 10a modified embodiments of a piston with a spring formed as a clamping clip, in section,

Fig. 11 die Klemmfeder des Kolbens nach Fig. 10, in zwei Ansichten, Fig. 11, the clamping spring of the piston of FIG. 10, in two views,

Fig. 12 das Stanzbild einer abgewandelten Ausfüh rungsform einer Haltefeder, die als Klemmfeder ausgebildet ist, in Draufsicht, Fig. 12 shows the diagram of a modified punching exporting approximate shape of a retaining spring which is formed as a clamping spring, in plan view,

Fig. 13 die Haltefeder in einbaufertigem Zustand und in Draufsicht, Fig. 13, the holding spring ready to install and in plan view,

Fig. 14 die Haltefeder nach Fig. 13, in Schnittdar stellung, Fig. 14, the holding spring of Fig. 13, position in Schnittdar,

Fig. 15 die Haltefeder nach Fig. 13 und 14, in einer Seitenansicht, Fig. 15, the holding spring of Fig. 13 and 14, in a side view;

Fig. 16 eine weitere Ausführungsform einer erfin dungsgemäßen Haltefeder, in Draufsicht, Fig. 16 shows a further embodiment of a retaining spring OF INVENTION to the invention, in top view,

Fig. 17 die Haltefeder nach Fig. 16, geschnitten entlang einer Schnittlinie A-A, Fig. 17, the holding spring of Fig. 16 taken along section line AA,

Fig. 18 eine weitere Ausführungsform einer Haltefeder in zwei Ansichten, Fig. 18 shows a further embodiment of a holding spring in two views,

Fig. 19 ein Kolbenboden mit als Klemmfeder ausge bildeter Haltefeder, in montiertem Zustand und in Schnitt darstellung, Figure 19 is a piston head illustration. With out as a clamping spring imaginary retaining spring, in the mounted state and in section,

Fig. 20 ein Befestigungselement zur Befestigung der Klemmfeder an dem Kolbenboden nach Fig. 19, Fig. 20 is a fastening element for fastening of the clamping spring on the piston head of Fig. 19,

Fig. 21 bis Fig. 23 weitere Befestigungsmöglichkeiten der Halte feder an dem Kolbenboden und Fig. 21 to Fig. 23 further attachment options of the retaining spring on the piston crown and

Fig. 24 ein Befestigungselement zur verliersicheren Lagerung der Haltefeder an dem Kolbenboden. Fig. 24 is a fastening element for captive storage of the retaining spring on the piston head.

In Fig. 1 ist ein Kolben 1 dargestellt, der über ein Pleuel 2 an dem Kurbelzapfen einer Kurbelwelle 3 gelagert ist. Der Kolben 1 weist einen Kolbenkörper 4 auf, der außen einen im Wesentlichen zylindrischen Mantel hat. An dem Kolbenkörper 4 ist ein etwa scheibenförmiges Teil 5 gelagert, das den Kolbenboden bildet. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, deckt der Kolbenboden 5 eine in dem Kolben körper 4 vorgesehene Öffnung 6 ab und verschließt den Kolben 1 damit brennraumseitig. Im veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist der Kolbenboden 5 an dem Kolben körper 4 durch eine konische Sitzfläche 7 zentriert, die an der Stirnseite des Kolbens 1 mündet. Somit erstreckt sich der Kolbenmantel bis zu dem Kolbenboden und bis zum Brennraum, wodurch, wie dargestellt, zwei bedarfsweise aber auch mehrere Kolbenringnuten 8 vorgesehen sein kön nen, die sehr nahe an dem Brennraum angeordnet sind.In Fig. 1, a piston 1 is shown, which is mounted on a connecting rod 2 on the crank pin of a crankshaft 3 . The piston 1 has a piston body 4 which has an essentially cylindrical jacket on the outside. An approximately disk-shaped part 5 , which forms the piston head, is mounted on the piston body 4 . As can be seen from FIG. 2, the piston crown 5 covers an opening 6 provided in the piston body 4 and thus closes the piston 1 on the combustion chamber side. In the illustrated embodiment, the piston crown 5 is centered on the piston body 4 by a conical seat 7 , which opens at the end of the piston 1 . Thus, the piston skirt extends to the piston crown and to the combustion chamber, whereby, as shown, two, if necessary, but also a plurality of piston ring grooves 8 can be provided, which are arranged very close to the combustion chamber.

Der Kolben 1 ist gesondert in Fig. 3 veranschau licht. Wie ersichtlich, ist er brennraumseitig durch den Kolbenboden 5 verschlossen. Der Kolbenboden 5 ist über weiter unten veranschaulichte und ausführlich diskutierte Haltemittel mit dem Kolbenkörper 4 verbunden. Die Verbin dung ist derart, dass sich eine Radialdehnung des Kolben bodens 5, bspw. infolge einer Erwärmung des Kolbenbodens 5, nicht auf den Kolbenkörper 4 überträgt. Damit wird der in Fig. 4 veranschaulichte, von herkömmlichen Kolben, bekannte Effekt vermieden. Fig. 4 veranschaulicht den Kolben in dick ausgezogenen Linien in kalter Form und überhöhter oder übertriebener Darstellung. Erst mit Errei chen der gewünschten Betriebstemperatur hat der Kolbenbo den sich so weit ausgedehnt, dass der Kolben die gestri chelt dargestellte zylindrische Form annimmt. Dies er fordert ein großes Kolbeneinbauspiel, das bei dem erfin dungsgemäßen Kolben 1 gemäß Fig. 3 vermieden werden kann. The piston 1 is separately shown in Fig. 3 light. As can be seen, it is closed on the combustion chamber side by the piston crown 5 . The piston crown 5 is connected to the piston body 4 via holding means which are illustrated and discussed in detail below. The connec tion is such that a radial expansion of the piston crown 5 , for example. As a result of heating the piston crown 5 , is not transmitted to the piston body 4 . This avoids the effect known from conventional pistons illustrated in FIG. 4. Fig. 4 illustrates the piston in thick solid lines in a cold form and exaggerated or exaggerated representation. Only when the desired operating temperature has been reached has the piston head expanded to such an extent that the piston assumes the cylindrical shape shown in dashed lines. This calls for a large piston installation play, which can be avoided in the piston 1 according to the invention according to FIG. 3.

Fig. 5 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Kolbens 1 mit einem Kolbenboden 5, der über einen ebenen Spalt 9 an dem Kolbenkörper 4 anliegt. Dieser hat somit eine stirnseitige Sitz- oder Dichtungsfläche 10, die ringförmig und eben ausgebildet ist. Ebenso weist der Kolbenboden 5 an seiner Unterseite eine ringförmige ebene Sitzfläche 11 auf, die mit der Sitzfläche 10 in Anlage steht oder einen geringfügigen Spalt von Bruchteilen eines Millimeters mit dieser einschließt. FIG. 5 illustrates an embodiment of a piston 1 with a piston crown 5 which bears against the piston body 4 via a flat gap 9 . This thus has an end seat or sealing surface 10 which is ring-shaped and flat. Likewise, the piston crown 5 has on its underside an annular, flat seat surface 11 which is in contact with the seat surface 10 or includes a slight gap of fractions of a millimeter therewith.

Wie ersichtlich, weist der Kolbenkörper 4 eine Kol benringnut 12 auf. Bedarfsweise können mehrere solcher Kolbenringnuten in dem Kolbenkörper 4 ausgebildet sein. Der Kolbenboden weist eine zylindrische Außenfläche 14 auf, in die ebenfalls wenigstens eine Kolbenringnut 15 eingebracht ist. Bedarfsweise können mehrere vorgesehen sein. Bei besonders dünnen oder am Außenumfang in einer Kante auslaufenden Kolbenboden 5 kann auf derartige Kol benringnuten auch verzichtet werden.As can be seen, the piston body 4 has a Kol benringnut 12 . If necessary, several such piston ring grooves can be formed in the piston body 4 . The piston crown has a cylindrical outer surface 14 , into which at least one piston ring groove 15 is also made. If necessary, several can be provided. In the case of particularly thin piston bottoms 5 or tapering on the outer circumference in one edge, such piston rings can also be dispensed with.

Der Kolbenboden 5 ist mittels zweier Kolbenbodenbe festigungsfedern 16 an dem Kolbenkörper 4 befestigt. Die Kolbenbodenhaltefedern 16 sind dabei symmetrisch zu einer längs durch den Kolbenbolzen gehenden Symmetrieebene 17, die außerdem in Axialrichtung des Kolbens orientiert ist, angeordnet. Sie sind untereinander identisch aufgebaut und zueinander spiegelsymmetrisch angeordnet.The piston crown 5 is fixed by means of two Kolbenbodenbe fastening springs 16 to the piston body 4 . The piston crown retaining springs 16 are arranged symmetrically to a plane of symmetry 17 which extends longitudinally through the piston pin and which is also oriented in the axial direction of the piston. They are constructed identically to one another and arranged mirror-symmetrically to one another.

Die Kolbenbodenhaltefeder 16 ist gesondert in den Fig. 6 bis 8 veranschaulicht. Sie weist einen zur Lagerung des Kolbenbodens 5 vorgesehenen Befesti gungsabschnitt 18 auf, der in Fig. 8 in Draufsicht ver anschaulicht ist. Dieser ist mit der übrigen Kolbenboden haltefeder 16 einstückig ausgebildet und besteht aus Federstahlblech, im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit einer Dicke von 0,8 mm. Die Dicke kann je nach Ausführung und Größe des Motors im Bereich von 0,2 mm bis 12 mm festge legt sein. Der Boden-Befestigungsabschnitt 18 weist einen etwa rechteckigen Umriss auf. Mittels einer Befestigungs bohrung 19 wird die Verbindung zu dem Kolbenboden 5 her gestellt. Dazu dienen aus Fig. 5 ersichtliche Niete 20, die sowohl den Kolbenboden 5 als auch den Befesti gungsabschnitt 18 durchgreifen. Anstelle der Niete können bedarfsweise auch andere Befestigungsmittel wie an den Kolbenboden 5 angeformte Vorsprünge vorgesehen sein, die die Öffnung 19 durchgreifen und bei der Montage ange quetscht werden.The piston crown retaining spring 16 is illustrated separately in FIGS. 6 to 8. It has a mounting section 18 provided for mounting the piston head 5 , which is illustrated in FIG. 8 in a top view. This is formed in one piece with the remaining piston head retaining spring 16 and consists of spring steel sheet, in the present embodiment with a thickness of 0.8 mm. The thickness can be depending on the design and size of the motor in the range from 0.2 mm to 12 mm. The floor fastening section 18 has an approximately rectangular outline. By means of a mounting hole 19 , the connection to the piston crown 5 is made. Serve from Fig. 5 apparent rivets 20 , both through the piston head 5 and the fastening supply section 18 reach through. Instead of the rivet, other fasteners, such as projections formed on the piston crown 5, can be provided, which reach through the opening 19 and are squeezed during assembly.

Der Befestigungsabschnitt 18 ist weitgehend steif ausgebildet. Zur Aussteifung ist an einer Kante 21 ein Schenkel 22 abgewinkelt. Dies wird insbesondere aus den Fig. 6 und 7 ersichtlich. Der Schenkel 22 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel 7 mm lang und 16 mm breit. Diese Bemessung steift den Boden-Befestigungsabschnitt 18 in Verbindung mit der kurzen Distanz der Befestigungs bohrung 19 von dem Schenkel 22 von z. B. lediglich 3 mm so weit aus, dass der Befestigungsabschnitt 18 im Wesentlichen starr ist.The fastening section 18 is largely rigid. For stiffening, a leg 22 is angled at an edge 21 . This is particularly evident from FIGS. 6 and 7. The leg 22 is 7 mm long and 16 mm wide in the present embodiment. This dimensioning stiffens the floor mounting section 18 in connection with the short distance of the mounting hole 19 from the leg 22 of z. B. only 3 mm so far that the fastening section 18 is substantially rigid.

Von dem Befestigungsabschnitt 18 ausgehend, erstrecken sich über Biegebereiche 23, 24 anschließend zwei Kolben-Befestigungsabschnitte 25, 26 als Schenkel von dem Boden-Befestigungsabschnitt 18 weg. Die Biegebereiche 23, 24 weisen einen inneren Biegeradius von mindestens etwa der 0,5- bis einfachen Materialstärke auf. Die Biege bereiche 23, 24 bilden Federbereiche mit einem Federhub im Bruchteilbereich eines Millimeters bei Zugbelastung der Kolben-Befestigungsabschnitte 25, 26 gegen den Befestigungsabschnitt 18.Starting from the fastening section 18 , two piston fastening sections 25 , 26 then extend as a leg from the floor fastening section 18 via bending regions 23 , 24 . The bending areas 23 , 24 have an inner bending radius of at least approximately 0.5 to simple material thickness. The bending areas 23 , 24 form spring areas with a spring stroke in a fraction of a millimeter when the piston fastening sections 25 , 26 are subjected to tensile loads against the fastening section 18 .

Die Kolben-Befestigungsabschnitte 25, 26 sind etwa trapezförmig ausgebildet und weisen an ihrem unteren Ende jeweils eine Befestigungsöffnung 27 zur Befestigung an der inneren Wandung des Kolbenhemds auf. Zur Befestigung können an der Innenwandung ausgebildete Nietvorsprünge oder gesonderte Niete dienen.The piston fastening sections 25 , 26 are approximately trapezoidal and each have a fastening opening 27 at their lower end for fastening to the inner wall of the piston skirt. Rivet projections or separate rivets formed on the inner wall can be used for fastening.

Der insoweit beschriebene Kolben 1 arbeitet in einem Verbrennungsmotor wie folgt:
Der Kolbenboden 5 ist mittels der beiden Kolbenboden haltefedern 16, die symmetrisch zu der Symmetrieebene 17 angeordnet sind und selbst symmetrisch zu einer quer zu dieser stehenden Ebene ausgebildet sind, fest an den Kolbengrundkörper 4 gehalten. Der Kolbenboden 5 ist dabei ohne Vorspannung gegen den Kolbengrundkörper 4 gespannt. Die beiden Sitzflächen 10, 11 liegen somit lose aneinander an oder sind in einem geringfügigen Abstand zueinander gehalten. Die Zentrierung des Kolbenbodens 5 erfolgt durch die Lauffläche der Zylinderbüchse und die Außenseite 14 des Kolbenbodens 5.The piston 1 described so far operates in an internal combustion engine as follows:
The piston head 5 is holding springs by means of the piston head 16, which are arranged symmetrically about the plane of symmetry 17 and are formed symmetrically to a self-standing transversely to this plane, being held on the piston base body. 4 The piston crown 5 is tensioned against the piston base body 4 without prestressing. The two seat surfaces 10 , 11 thus lie loosely against one another or are held at a slight distance from one another. The piston crown 5 is centered by the running surface of the cylinder liner and the outside 14 of the piston crown 5 .

Läuft der betreffende Verbrennungsmotor mit dem Kolben 1, erwärmt sich der Kolbenboden 5, wodurch sich dieser ausdehnt. Die Ausdehnung überträgt sich jedoch nicht auf den Kolbengrundkörper 4. Der Spalt 9 entkoppelt den Kolbenboden 5 mechanisch von dem Kolbengrundkörper 4 zumindest bezüglich der Radialrichtung.If the internal combustion engine in question runs with the piston 1 , the piston crown 5 heats up, causing it to expand. However, the expansion is not transferred to the piston body 4 . The gap 9 mechanically decouples the piston crown 5 from the piston base body 4 at least with respect to the radial direction.

Der Spalt 9 zwischen dem Kolbenboden 5 und dem Kol bengrundkörper 4 ist so eng, dass eine im Wesentlichen gasdichte Verbindung zwischen dem Kolbenboden 5 und dem Kolbengrundkörper 4 erreicht ist. Die Abdichtung zwischen Brennraum und Kurbelgehäuse bewirkt letztendlich ein in der Kolbenringnut 15 sitzender Kolbenring. Bedarfsweise können mehrere vorgesehen sein. The gap 9 between the piston crown 5 and the piston base body 4 is so narrow that an essentially gas-tight connection between the piston crown 5 and the piston base body 4 is achieved. The seal between the combustion chamber and the crankcase ultimately results in a piston ring seated in the piston ring groove 15 . If necessary, several can be provided.

Die Wärmeausdehnungskoeffizienten der Kolbenbodenhal tefeder 16 und des Kolbengrundkörpers 4 können gleich oder unterschiedlich bemessen sein. Bei gleicher Bemessung bleibt die Spaltweite des Spalts 9 während des Betriebs des Verbrennungsmotors unverändert. Wird gewünscht, diesen Spalt mit zunehmender Temperatur zu verengen oder zu vergrößern, kann dies durch entsprechend unterschiedliche Wahl der Wärmeausdehnungskoeffizienten bewirkt werden. Der vorhandene Spalt bewirkt jedenfalls eine überraschend effektive thermische Trennung zwischen dem Kolbenboden 5 und dem Kolbengrundkörper 4, auch wenn eine Berührung zwischen dem Kolbenboden 5 und dem Kolbengrundkörper 4 stattfindet. Beschichtungen des Kolbenbodens 5 im Bereich der Sitzfläche 11 und/oder an seiner dem Brennraum zu gewandten, in Fig. 5 oberen Seite, können den Wärme übergang weiter beeinflussen, insbesondere hemmen.The thermal expansion coefficients of the Kolbenbodenhal tefeder 16 and the piston body 4 can be dimensioned the same or different. With the same dimensioning, the gap width of the gap 9 remains unchanged during the operation of the internal combustion engine. If it is desired to narrow or widen this gap with increasing temperature, this can be achieved by choosing different coefficients of thermal expansion. The existing gap in any case brings about a surprisingly effective thermal separation between the piston head 5 and the piston body 4 , even if there is contact between the piston head 5 and the piston body 4 . Coatings of the piston crown 5 in the area of the seat 11 and / or on its upper side facing the combustion chamber in FIG. 5 can further influence, in particular inhibit, the heat transfer.

Der Kolbenboden 5 und der Kolbengrundkörper 4 können aus gleichen oder unterschiedlichen Materialien herge stellt sein. Insbesondere kann der Kolbenboden 5 aus thermisch schlecht leitenden und widerstandsfähigen Mate rialien wie Keramik oder beschichteten Werkstoffen her gestellt sein.The piston crown 5 and the piston base 4 can be made of the same or different materials. In particular, the piston crown 5 can be made of thermally poorly conductive and resistant mate rials such as ceramics or coated materials.

Fig. 9 veranschaulicht eine abgewandelte Ausfüh rungsform der Kolbenbodenhaltefeder 16 in mehreren Ansich ten. Wie ersichtlich, ist der Bodenhalteabschnitt 18 wiederum durch einen Schenkel 22 ausgesteift. Im Unter schied zu der vorstehend beschriebenen Ausführungsform sind die Biegebereiche 23, 24 jedoch nicht in unmittelba rer Nachbarschaft zu dem aussteifenden Schenkel 22, son dern in gewissem Abstand zu diesem angeordnet. Dadurch wird eine etwas größere federnde Nachgiebigkeit erreicht. Die zusätzlichen Federbereiche sind in Fig. 9 oben links mit 23a, 24a bezeichnet. Fig. 9 illustrates a modified Ausfüh approximate shape of the piston crown retaining spring 16 in several views. As can be seen, the bottom retaining portion 18 is again stiffened by a leg 22 . In contrast to the embodiment described above, the bending areas 23 , 24 are, however, not in the immediate vicinity of the stiffening leg 22 , but are arranged at a certain distance from this. This results in a somewhat greater resilience. The additional spring areas are designated in Fig. 9 top left with 23 a, 24 a.

Die Schenkel 25, 26 erstrecken sich im rechten Winkel von dem Bodenhalteabschnitt 18 weg. Es tritt hier eine reine Zugbelastung ohne Biegekomponente auf.The legs 25 , 26 extend at a right angle from the bottom holding section 18 . There is a pure tensile load without bending components.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen gehen jeweils von einer Kolbenbodenhaltefeder 16 aus, die eine sehr steife Lagerung des Kolbenbodens 5 bewirkt und diesen auch seitlich zentriert, wobei die Zentrierung auch durch die äußere zylindrische Mantelfläche 14 des Kolbenbodens 5 bewirkt oder unterstützt werden kann.The embodiments described above each start from a piston crown retaining spring 16 , which brings about a very rigid mounting of the piston crown 5 and also centers it laterally, wherein the centering can also be brought about or supported by the outer cylindrical lateral surface 14 of the piston crown 5 .

Bei den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen von Kolbenbodenhaltefedern wird die Zentrierung des Kol benbodens 5, wie schon in Fig. 2 veranschaulicht, durch die hier konisch ausgebildete Sitzfläche 7 bewirkt. Dies ist in Fig. 10 gesondert veranschaulicht. Der Kolbenboden 5 endet hier vor dem Außenumfang des Kolbengrundkörpers 4 und sitzt mit seiner konusförmigen Sitzfläche 11 auf der konischen Sitzfläche 7 des Kolbengrundkörpers 4 flächig auf. Der Kolbengrundkörper 4 kann, wie bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel, von vorn herein weit gehend zylindrisch ausgebildet sein. Ein im kalten Zustand verminderter Durchmesser, wie in Fig. 4 veranschaulicht und beim Stand der Technik gebräuchlich, ist nicht er forderlich. Das Einbauspiel des Kolbengrundkörpers 4 in eine entsprechende Zylinderbuchse kann deshalb gegenüber herkömmlichen Auslegungen vermindert werden. Dies kommt den Abgaswerten zugute, insbesondere wenn die Kolbenring nuten 12, 15 nahe an der Stirnseite des Kolbengrundkörpers 4 positioniert werden.In the embodiments of piston crown retaining springs described below, the centering of the piston crown 5 , as already illustrated in FIG. 2, is brought about by the conical seat 7 here. This is illustrated separately in FIG. 10. The piston crown 5 ends here in front of the outer circumference of the piston base body 4 and sits with its conical seat surface 11 on the conical seat surface 7 of the piston base body 4 . As in the exemplary embodiment described above, the piston base body 4 can be largely cylindrical from the outset. A reduced diameter in the cold state, as illustrated in FIG. 4 and used in the prior art, is not required. The installation clearance of the piston body 4 in a corresponding cylinder liner can therefore be reduced compared to conventional designs. This benefits the exhaust gas values, in particular if the piston ring grooves 12 , 15 are positioned close to the end face of the piston body 4 .

Zur Lagerung und Halterung des Kolbenbodens 5 an dem Kolbengrundkörper 4, dient die in Fig. 11 veranschaulich te Kolbenbodenhaltefeder 16. Diese weist im Anschluss an ihren mittleren Befestigungsabschnitt 18 wiederum Feder bereiche 23, 24 auf, die sich von dem Befestigungsabschnitt 18 in gerader Verlängerung weg erstrecken, jedoch breiter als dieser ausgebildet sind und gemeinsam mit dem Befestigungsabschnitt 18 einen Federbereich bilden. Der äußere Rand des in Draufsicht I-förmigen Blechzuschnitts ist, wie aus Fig. 11, rechte Seite hervorgeht, gegenüber dem Befestigungsabschnitt 18 und den Federbereichen 23, 24 abgewinkelt. Der äußere Rand bildet die Kolbenbefesti gungsabschnitte 25, 26. Der Außenumfang der Kolben-Be festigungsabschnitte 25, 26 liegt auf einem gemeinsamen Kreis und ist somit kreisbogenförmig gekrümmt. Ebenso kreisbogenförmig gekrümmt ist jeweils eine Biegelinie 25a, 26a, mit der der jeweilige Kolbenbefestigungsabschnitt 25, 26 an das übrige Teil anschließt. Dies bewirkt eine we sentliche Aussteifung der verbreiterten Enden der Kolben bodenhaltefeder 16 und konzentriert die Federwirkung im Wesentlichen auf den Bodenbefestigungsabschnitt 18 sowie in gewissem Maße noch auf die Federbereiche 23, 24.For mounting and holding of the piston bottom 5 of the piston base body 4, the illustrative te in Fig. 11 piston head retaining spring serves sixteenth This has in turn connection to its central fastening section 18 spring areas 23 , 24 , which extend away from the fastening section 18 in a straight extension, but are wider than this and together with the fastening section 18 form a spring area. The outer edge of the sheet-metal blank, which is I-shaped in plan view, is angled relative to the fastening section 18 and the spring regions 23 , 24 , as can be seen from FIG. 11, right side. The outer edge forms the piston fastening supply sections 25 , 26 . The outer circumference of the piston-Be fastening sections 25 , 26 lies on a common circle and is thus curved in a circular arc. A bending line 25 a, 26 a, with which the respective piston fastening section 25 , 26 connects to the rest of the part, is likewise curved in the shape of a circular arc. This causes a substantial stiffening of the widened ends of the piston base holding spring 16 and concentrates the spring action essentially on the bottom fastening section 18 and to a certain extent still on the spring areas 23 , 24 .

Der Bodenbefestigungsabschnitt 18 ist in dem Aus führungsbeispiel nach Fig. 11 mit einer rechteckigen Befestigungsöffnung 19 versehen. Die Befestigungsöffnung 19 wird zu beiden Seiten von streifenförmigen Stegen 18a, 18b begrenzt, die dünne Federstege bilden. An den Schmal seiten ist die Befestigungsöffnung 19 durch Federzungen 19a, 19b begrenzt, die aus dem sich anschließenden Feder abschnitten 23, 24 oder dem Befestigungsabschnitt 18 heraus freigestellt sind und im spitzen Winkel zu dem Befestigungsabschnitt 18 orientiert sind.The floor mounting section 18 is provided in the exemplary embodiment from FIG. 11 with a rectangular mounting opening 19 . The fastening opening 19 is delimited on both sides by strip-shaped webs 18 a, 18 b, which form thin spring webs. At the narrow sides, the mounting aperture 19 by spring fingers 19 a, 19 b limited, the sections 23, 24 or the fastening section 18 of the adjoining spring out are optional and are oriented at an acute angle to the mounting portion 18th

Die Befestigung des Kolbenbodens 5 an dem Kolben grundkörper 4 ist aus Fig. 10 ersichtlich. Der konisch ausgebildete Kolbenboden 5 weist an seiner Unterseite einen länglichen Rastvorsprung 5a auf, der etwa rechteckig ausgebildet ist und in seinem Umriss der Befestigungsöff nung 19 entspricht. An den den Federzungen 19a, 19b zu gewandten Schmalseiten weist er Rastnasen 30, 31 auf, die von den Federzungen 19a, 19b hintergriffen werden. Die Rastnasen 30, 31 sind dabei so positioniert, dass die Kolbenbodenhaltefeder 16 unter Vorspannung in ihrer in Fig. 10 veranschaulichten Position sitzt. Die Federzungen 19a, 19b finden erst hinter die Rastnasen 30, 31, wenn die Kolbenbefestigungsabschnitt 25, 26 fest an einer ent sprechenden Innenfläche 32, 33 des Kolbengrundkörpers 4 anliegen und der Befestigungsabschnitt 18 federnd in Richtung auf den Kolbenboden 5 zu gewölbt ist.The attachment of the piston crown 5 to the piston base body 4 can be seen from Fig. 10. The conical piston crown 5 has on its underside an elongated locking projection 5 a, which is approximately rectangular and corresponds in its outline to the fastening opening 19 . On the narrow sides facing the spring tongues 19 a, 19 b, it has locking lugs 30 , 31 which are engaged by the spring tongues 19 a, 19 b. The locking lugs 30 , 31 are positioned such that the piston crown retaining spring 16 is seated in its position illustrated in FIG. 10 under pretension. The spring tongues 19 a, 19 b only find behind the locking lugs 30 , 31 when the piston fastening section 25 , 26 lie firmly against a corresponding inner surface 32 , 33 of the piston base body 4 and the fastening section 18 is resiliently arched in the direction of the piston crown 5 .

Diese Ausführungsform der Kolbenbodenhaltefeder 16 gestattet eine besonders einfache Montage. An dem Kolben grundkörper 4 sind keine Befestigungsmittel erforderlich. Der Kolbenboden 5 wird federnd gegen den Kolbengrundkörper 4 gespannt. Die Zentrierung erfolgt durch die Sitzfläche 7. Dennoch kann der Kolbenboden 5 sich thermisch bedingt ausdehnen, ohne dadurch den Kolbengrundkörper 4 zu verfor men.This embodiment of the piston crown retaining spring 16 permits particularly simple assembly. No fasteners are required on the piston base body 4 . The piston crown 5 is resiliently tensioned against the piston body 4 . Centering takes place through the seat 7 . Nevertheless, the piston crown 5 can thermally expand without thereby deforming the piston body 4 .

Eine abgewandelte Ausführungsform des Kolbens 1 ist aus Fig. 10a ersichtlich. Der Kolben 1 entspricht weit gehend der Ausführungsform nach Fig. 10. Jedoch ist der Kolbenboden 5 abgewandelt. Die konische Sitzfläche 11 erstreckt sich bis zu dem Außenumfang des Kolbens. Hier geht der Kolbenboden 5 in eine zylindrische Mantelfläche über, die etwa der zylindrischen Mantelfläche 14 der Ausführungsform nach Fig. 5 entspricht. Die zylindrische Mantelfläche 14 trägt eine Kolbenringnut 15, in die ein Kolbenring K mit L-förmigem Querschnitt eingesetzt werden kann. Dieser bewirkt die Abdichtung des zwischen den Sitzflächen 7, 11 gebildeten Spalts 9 zu dem Brennraum hin. Außerdem gleicht der Kolbenring K die Wärmedehnung des Kolbenbodens 5 aus, so dass dieser auch dann nicht verklemmen kann, wenn er sehr hohe Temperaturen annimmt. Der Kolbenboden 5 weist dann im Vergleich zu dem Kolben grundkörper 4 ein vergrößertes Einbauspiel auf. Der thermisch weniger belastete Kolbengrundkörper 4 kann dagegen ein geringeres Einbauspiel aufweisen. Die Kolbenboden haltefeder 16 gestatten ein gewisses radiales Spiel des Kolbenbodens 5 in Bezug auf den Kolbengrundkörper 4. Diese Radialbeweglichkeit kann entweder durch die lediglich federnde Anlage der Halteabschnitte 25, 26 an dem Kolben grundkörper 4 oder durch bei den anderen Ausführungsformen der Haltefedern, z. B. gemäß Fig. 6 bis 9, durch Elastizi tät der Kolbenbodenhaltefeder 16 erreicht werden. Die Haltefeder 16 gestattet somit in Verbindung mit dem ebenen oder konischen Spalt 9 den klemmfreien Lauf des Kolbens bei erhöhter Temperatur des Kolbenbodens. Außerdem ist die Möglichkeit des verringerten Einbauspiels des Kolben grundkörpers 4 geschaffen.A modified embodiment of the piston 1 can be seen from Fig. 10a. The piston 1 largely corresponds to the embodiment according to FIG. 10. However, the piston head 5 is modified. The conical seat surface 11 extends to the outer circumference of the piston. Here, the piston crown 5 merges into a cylindrical outer surface, which corresponds approximately to the cylindrical outer surface 14 of the embodiment according to FIG. 5. The cylindrical lateral surface 14 carries a piston ring groove 15 , into which a piston ring K with an L-shaped cross section can be inserted. This causes the gap 9 formed between the seat surfaces 7 , 11 to be sealed off from the combustion chamber. In addition, the piston ring K compensates for the thermal expansion of the piston crown 5 , so that it cannot jam even if it takes on very high temperatures. The piston crown 5 then has an increased installation clearance compared to the piston base body 4 . In contrast, the thermally less loaded piston base body 4 can have a smaller installation clearance. The piston crown retaining spring 16 allows a certain radial play of the piston crown 5 in relation to the piston body 4 . This radial mobility can either by the resilient contact of the holding sections 25 , 26 on the piston base body 4 or by in the other embodiments of the retaining springs, for. As shown in FIG. 6 to 9, by the piston head Elastizi ty retaining spring are 16 reaches. The holding spring 16 thus, in conjunction with the flat or conical gap 9, allows the piston to run without jamming at an elevated temperature of the piston crown. In addition, the possibility of reduced installation clearance of the piston base body 4 is created.

Eine weitere Ausführungsform einer Kolbenbodenhalte feder 16 ist aus den Fig. 12 bis 14 ersichtlich, die zur verbesserten Veranschaulichung vermasst sind. Im Unterschied zu der vorstehend beschriebenen Ausführungs form sind die Kolbenbefestigungsabschnitte 25, 26 in Teilabschnitte 34, 35 bzw. 36, 37 unterteilt. Diese schließen, wie insbesondere aus Fig. 13 hervorgeht, bei Biegelinien 34a, 35a, 36a, 37a an den Befestigungsab schnitt 18 an. Die Biegelinien 34a, 35a, 36a, 37a stehen jeweils in einem spitzen Winkel zueinander, wodurch die aus Fig. 15 ersichtliche Form sich von den Befestigungs abschnitt 18 weg erstreckender Flügel erreicht wird.Another embodiment of a piston crown spring 16 is shown in FIGS. 12 to 14, which are dimensioned for better illustration. In contrast to the embodiment described above, the piston mounting sections 25 , 26 are divided into sections 34 , 35 and 36 , 37, respectively. These include, in particular from Fig. Stating 13, wherein bending lines 34 a, 35 a, 36 a, 37 a at the cut in 18 Befestigungsab. The bending lines 34 a, 35 a, 36 a, 37 a are each at an acute angle to one another, as a result of which the shape shown in FIG. 15 is reached from the fastening section 18 extending wing.

Eine weitere Ausführungsform der Kolbenbodenhaltefe der 16 ist in Fig. 16 und 17 veranschaulicht. Diese entspricht weitgehend der Kolbenbodenhaltefeder 16 nach Fig. 11, wobei anstelle der rechteckigen Befestigungsöff nung 19 zwei runde Befestigungsöffnungen 41, 42 vorgesehen sind, die auf einer sich von dem Kolbenbefestigungsab schnitt 25 zu dem Kolbenbefestigungsabschnitt 26 erstre ckenden Geraden angeordnet sind. Die beiden Befestigungsöffnungen 41, 42 vermindern somit die Elastizität des Befestigungsabschnitts 18. Ansonsten wird auf die vor stehende Beschreibung verwiesen. Die Kolbenbefestigungs abschnitte 25, 26 sind gegen die im übrigen flach ausge bildete Kolbenbodenhaltefeder 16 abgewinkelt und sie steifen somit die äußeren Enden der in Draufsicht hantel förmigen Kolbenbodenhaltefeder 16 aus.A further embodiment of the Kolbenbodenhaltefe 16 is illustrated in Fig. 16 and 17. This largely corresponds to the piston crown spring 16 of FIG. 11, wherein instead of the rectangular mounting opening 19 two round mounting openings 41 , 42 are provided, which are arranged on a section extending from the piston mounting section 25 to the piston mounting section 26 extending straight lines. The two fastening openings 41 , 42 thus reduce the elasticity of the fastening section 18 . Otherwise, reference is made to the description above. The piston mounting sections 25 , 26 are angled against the piston flat retaining spring 16 which is formed flat and thus stiffen the outer ends of the dumbbell-shaped piston retaining spring 16 in plan view.

Wie die Kolbenbodenhaltefedern 16 nach Fig. 11 bis 15, ist auch die Haltefeder nach Fig. 16 doppelt symme trisch ausgebildet und zwar sowohl zu einer Linie oder Ebene die durch beide Befestigungsöffnungen 41, 42 führt (in Fig. 16 vertikal sowie senkrecht zur Zeichenebene), als auch zu einer zweiten Ebene, die quer zu dieser ersten Symmetrieebene steht (in Fig. 16 horizontal sowie senk recht zur Zeichenebene). Durch diese doppelt symmetrische Ausbildung, die auch bei der Kolbenbodenhaltefeder 16 nach Fig. 5 bis 8 erreichbar ist, indem die in Fig. 5 ver anschaulichten Kolbenbodenhaltefedern 16 im Bereich ihrer Befestigungsabschnitte 18 miteinander verbunden werden, wird eine kräftemäßige Symmetrierung der Befestigung des Kolbenbodens 5 erreicht. Dieser ist dann lediglich mit einem einzigen Halteelement, nämlich der doppelt symmetri schen Kolbenbodenhaltefeder 16 gelagert, wodurch, abgese hen von einer besonders einfachen Montage, die Haltekräfte des Kolbenbodens 5 symmetrisch verteilt sind. Dies kommt der Betriebssicherheit zugute.Like the piston crown retaining springs 16 according to FIGS. 11 to 15, the retaining spring according to FIG. 16 is double symmetrical, both to a line or plane that leads through both fastening openings 41 , 42 (in FIG. 16 vertically and perpendicular to the plane of the drawing) , as well as to a second plane that is transverse to this first plane of symmetry (horizontal in Fig. 16 and perpendicular to the plane of the drawing). By this double symmetrical design, which is also when the piston head holding spring 16 of FIG. 5 to 8 achievable by the 5 ver in Fig. Anschaulichten piston head holding springs 16 are connected to each other in the region of their mounting portions 18, an energy-related balancing of the mounting of the piston head 5 is achieved , This is then mounted only with a single holding element, namely the double symmetrical piston crown retaining spring 16 , whereby, apart from a particularly simple assembly, the holding forces of the piston crown 5 are distributed symmetrically. This benefits operational security.

Wie aus Fig. 18 ersichtlich, können die Kolben- Befestigungsabschnitte 25, 26 der Kolbenbodenhaltefeder 16 nach Fig. 16 untereinander auch verbunden sein. Es ist dann ein äußerer aussteifender Ring 43 gebildet, der die Kolbenbefestigungsabschnitte 25, 26 enthält und verbindet und entlang dessen Durchmesser sich der Bodenbefestigungs abschnitt 28 mit zwei Befestigungsöffnungen 41, 42 oder auch mit einer rechteckigen Befestigungsöffnung 19 erstreckt. Der äußere Ring 43 wirkt aussteifend, so dass hier der Befestigungsabschnitt 18 weitgehend alleinig die Federwirkung übernimmt. Bei dieser Ausführungsform kann eine hohe Federhärte erzielt werden, ohne dass zu dickes Federblechmaterial Verwendung finden müßte.As can be seen from FIG. 18, the piston fastening sections 25 , 26 of the piston crown retaining spring 16 according to FIG. 16 can also be connected to one another. An outer stiffening ring 43 is then formed, which contains and connects the piston fastening sections 25 , 26 and along the diameter of which the floor fastening section 28 extends with two fastening openings 41 , 42 or also with a rectangular fastening opening 19 . The outer ring 43 acts stiffening, so that here the fastening section 18 largely takes over the spring action. In this embodiment, a high spring hardness can be achieved without having to use spring plate material that is too thick.

Die Fig. 19 bis 24 veranschaulichen Befestigungs möglichkeiten zwischen der Kolbenbodenhaltefeder 16 und dem Kolbenboden 5, insbesondere für die im Wesentlichen als Blattfedern wirkenden Kolbenbodenhaltefedern 16 ab Fig. 10 aufsteigend. Die Befestigungsmöglichkeiten sind jeweils so gestaltet, dass sie eine gewisse Durchbiegung des Befestigungsabschnitts 18 und somit eine Ein beziehung desselben in die Federwirkung der Kolbenboden haltefeder 16 gestatten. Allen veranschaulichten Aus führungsformen Fig. 19 bis Fig. 24 ist gemeinsam, dass die Kolbenbodenhaltefeder 16 in einer gewissen Distanz (Spalt 44) zu dem Kolbenboden 5 gehalten wird. Dies wird durch die Vorspannung der Kolbenbodenhaltefeder 16 in montiertem Zustand erreicht. Figs. 19 to 24 illustrate fixing possibilities between the piston head holding spring 16 and the piston head 5, especially for the substantially acting as leaf springs piston head holding springs 16 from Fig. 10 in ascending order. The mounting options are each designed so that they allow a certain deflection of the mounting portion 18 and thus a relationship in the spring action of the piston crown retaining spring 16 . It is common to all of the illustrated embodiments from FIGS . 19 to 24 that the piston crown retaining spring 16 is held at a certain distance (gap 44 ) from the piston crown 5 . This is achieved by the pretensioning of the piston crown retaining spring 16 in the assembled state.

Die Befestigung geht jeweils von ein oder mehreren Vorsprüngen 45, 46 aus, die sich von dem Kolbenboden 5 weg durch entsprechende Öffnungen 41, 42 erstrecken, die in dem Befestigungsabschnitt 18 angebracht sind. Ein in Fig. 20 veranschaulichter Federzungenring 47 weist einen planen ringförmigen Außenabschnitt 48 und sich von diesem nach innen im spitzen Winkel zur Ringebene erstreckende Feder zungen 49 auf. Diese greifen hinter entsprechende Rast schultern 51, 52, die an entsprechenden Köpfen der Vor sprünge 45, 46 ausgebildet sind.The attachment is based in each case on one or more projections 45 , 46 which extend away from the piston crown 5 through corresponding openings 41 , 42 which are provided in the attachment section 18 . A spring tongue ring 47 illustrated in FIG. 20 has a flat annular outer section 48 and spring tongues 49 extending inward from this in an acute angle to the ring plane. These engage behind corresponding locking shoulders 51 , 52 , which are formed on corresponding heads of the jumps 45 , 46 before.

Zur Befestigung kann auch eine in einer entsprechen den Nut 53 sitzender Sicherungsring (Sprengring) 54 die nen. Die Nut 53 kann in dem Vorsprung 45 ausgebildet sein, der einstückig an dem Kolbenboden 5 angeformt ist und sich in den Kolbeninnenraum hinein erstreckt. Bedarfsweise kann dieser Vorsprung 45 auch als Niet dienen. Zur Montage der Kolbenbodenhaltefeder 16 wird dann, sobald diese auf dem Vorsprung 45 sitzt, durch Deformation desselben ein Niet kopf ausgebildet.For attachment, a locking ring (snap ring) 54 which is seated in a corresponding groove 53 can also be used. The groove 53 can be formed in the projection 45 , which is integrally formed on the piston crown 5 and extends into the interior of the piston. If necessary, this projection 45 can also serve as a rivet. To assemble the piston crown spring 16 is then formed as soon as it sits on the projection 45 by deformation of a rivet head.

Alternativ kann die Befestigung mittels einer Bolzen sicherung 55 gemäß Fig. 24 geschehen. Die Bolzensicherung 55 ist durch einen entsprechend gebogenen Federdraht gebildet, der zwei zueinander federnde Schenkel 56, 57 aufweist, die rastend in die Ringnut 53 finden.Alternatively, the fastening can be done by means of a bolt fuse 55 according to FIG . The bolt lock 55 is formed by a correspondingly curved spring wire which has two mutually resilient legs 56 , 57 , which snap into the annular groove 53 .

Die Kolbenbodenhaltefedern 16 sind jeweils vorzugs weise so hart, dass die auftretenden Kräfte zwischen dem Kolbenboden 5 und dem Kolbengrundkörper, insbesondere bei hohen Drehzahlen auftretende Beschleunigungskräfte (Ab wärtshub) den Kolbenboden 5 nicht von der Sitzfläche 7, 10 abheben lassen.The piston crown retaining springs 16 are each so preference that the forces occurring between the piston crown 5 and the piston base body, in particular acceleration forces occurring at high speeds (downward stroke), do not allow the piston crown 5 to lift off the seat 7 , 10 .

Zur Befestigung eines Kolbenbodens 5 an einem Kolben grundkörper 4 dient eine Kolbenbodenhaltefeder 16, deren Besonderheit darin besteht, dass sie zumindest einem dem Kolben zugeordneten Befestigungsabschnitt 18 und zumindest zwei Befestigungsabschnitte 25, 26 aufweist, die dem Kolbengrundkörper 4 zugeordnet sind. Zwischen dem Bodenbe festigungsabschnitt 18 und den Kolbenbefestigungsabschnit ten 25, 26 ist durch Federbereiche 23, 24 und/oder eine dem Befestigungsabschnitt 18 inhärente federnde Nach giebigkeit und/oder durch eine den Kolbenbefestigungs bereichen 25, 26 inhärente federnde Nachgiebigkeit eine Federwirkung geschaffen, die insbesondere einen Dehnungs ausgleich zwischen dem Kolbenboden 5 und dem Kolbengrund körper 4 gestattet. Durch diese Maßnahme kann das Ein bauspiel des Kolbens 1 verringert werden (mechanische Trennung) und die Wärmeübertragung zwischen dem Kolbenboden 5 und dem Kolbengrundkörper 4 wird vermindert (ther mische Trennung).A piston crown spring 16 is used to fasten a piston crown 5 to a piston base body 4 , the special feature of which is that it has at least one fastening section 18 assigned to the piston and at least two fastening sections 25 , 26 which are assigned to the piston base body 4 . Between the Bodenbe fastening section 18 and the Kolbenbefestigungsabschnit th 25 , 26 is by spring areas 23 , 24 and / or an inherent in the fastening section 18 resilient after completeness and / or by a piston fastening areas 25 , 26 inherent resilient resilience created a particular spring effect Expansion compensation between the piston crown 5 and the piston base body 4 allowed. By this measure, the construction play of the piston 1 can be reduced (mechanical separation) and the heat transfer between the piston crown 5 and the piston body 4 is reduced (thermal separation).

Claims

1. piston crown retaining spring ( 16 ), in particular for Otto engines, for connecting the piston crown ( 5 ) of a piston ( 1 ) to the piston body ( 4 ),
with a bottom fastening section ( 18 ) which is designed as an essentially flat spring plate section and is provided with at least one fastening device ( 19 ) for captively fastening the piston crown retaining spring ( 16 ) to the piston crown ( 5 ),
with at least two opposite piston fastening sections ( 25 , 26 ) which are arranged for connection to the piston base body ( 4 ), and
with spring areas ( 23 , 24 ), each between the fastening section ( 18 ) and the piston fastening supply section ( 25 , 26 ) are arranged or include sections thereof.

2. Piston bottom retaining spring according to claim 1, characterized in that the fastening section ( 18 ), the spring regions ( 23 , 24 ) and the piston fastening sections ( 25 , 26 ) are symmetrical with respect to at least one plane (E, Fig. 11).

3. Piston bottom retaining spring according to claim 1, characterized in that the spring regions ( 23 , 24 ) are part of the fastening section ( 18 ).

4. piston crown retaining spring according to claim 1, characterized in that the fastening section ( 18 ) is provided with stiffening means ( 22 ).

5. Piston bottom retaining spring according to claim 1, characterized in that the piston fastening sections ( 25 , 26 ) are part of the spring region ( 23 , 24 ).

6. piston crown retaining spring according to claim 1, characterized in that the fastening device ( 19 ) is formed by an opening in the fastening section ( 18 ), which is associated with a further fastening means ( 19 a, 19 b, 47 , 55 ).

7. piston crown retaining spring according to claim 6, characterized in that the further fastening means ( 19 a, 19 b, 47 , 55 ) includes an opening ( 19 , 41 , 42 ) by gripping projection ( 45 , 46 ) on which the Base mounting section ( 18 ) supports.

8. piston crown retaining spring according to claim 6, characterized in that on the bottom fastening section ( 18 ) of the opening ( 19 ) adjacent spring tongues ( 19 a, 29 b) are formed, which engage the fastening section ( 18 ) with the piston crown ( 5 ) or jam.

9. Piston base retaining spring according to claim 1, characterized in that the piston fastening sections ( 25 , 26 ) lie against an opening edge of the piston ( 1 ) engaging behind it.

10. Piston bottom retaining spring according to claim 1, characterized in that the piston fastening sections ( 25 , 26 ) are essentially straight, in essence Chen tensile loaded legs that are firmly connected to the piston ( 1 ).

11. Piston base retaining spring according to claim 10, characterized in that the spring areas ( 23 , 24 ) are bending sections, the bending radius of which is about 0.5 to a times the sheet thickness.

12. Piston ( 1 ) for an internal combustion engine, with a piston crown ( 5 ) separate from the rest of the piston ( 4 ) and with a piston crown retaining spring ( 16 ) according to one of the preceding claims.