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WO2007028364A1 - Gebauter, flüssigkeitsgekühlter kolben - Google Patents

Gebauter, flüssigkeitsgekühlter kolben Download PDF

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WO2007028364A1
WO2007028364A1 PCT/DE2006/001548 DE2006001548W WO2007028364A1 WO 2007028364 A1 WO2007028364 A1 WO 2007028364A1 DE 2006001548 W DE2006001548 W DE 2006001548W WO 2007028364 A1 WO2007028364 A1 WO 2007028364A1
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piston
radially
support
cooling channel
cooling duct
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French (fr)
Inventor
Dieter Messmer
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Mahle International GmbH
Original Assignee
Mahle International GmbH
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    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F3/0015—Multi-part pistons
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
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    • 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

Definitions

  • the invention relates to a built, liquid-cooled piston according to the preamble of claim.
  • liquid-cooled piston which consists of a piston head forming the upper part and a piston skirt having the lower part.
  • the upper part and the lower part are connected to each other by an expansion screw, wherein between the head of the expansion screw and one of the support of the expansion screw serving collar of the lower part a sleeve is arranged, which has radial holes, can flow through the accumulated in an inner cooling oil cooling oil.
  • the expansion screw has a relatively large footprint, which prevents a reduction in the compression height and thus a reduction in the axial dimensions of the piston.
  • the unimpeded outflow of cooling oil from the inner cooling space requires an additional sleeve with radial bores, which makes the assembly of the piston known from the prior art rather complicated.
  • Show it 1 shows a section through a built, liquid-cooled piston along a lying in pressure-back pressure direction of the piston plane with a side view of the hex nut according to the invention
  • Fig. 2 shows a section through the piston along a lying in the direction of the longitudinal axis of the pin bore plane with a section through the hex nut according to the invention.
  • FIGS. 1 and 2 show a two-part, constructed, liquid-cooled piston 1, which consists of an upper part 2 and a lower part 3.
  • the upper part 2 and the lower part 3 may be made of aluminum, steel or cast iron with nodular graphite (GGG cast iron according to DIN 1693).
  • GGG cast iron nodular graphite
  • pin bosses 8, 8 'each having a pin bore 9, 9' are arranged at the bottom of the lower part 3 facing away from the piston head 4.
  • the radially outer end surfaces 29, 29 'of the pin bosses 8, 8' relative to the annular wall 5 are offset radially inward.
  • the pin bosses 8, 8 ' are connected to each other via shaft elements 10, 10'.
  • the upper part 2 and the lower part 3 of the piston 1 are connected via a radially inner, annular support 1 1 and via a concentrically arranged, radially outer, annular support 12 with each other.
  • the radially outer support 12 is formed by the piston bottom side end face of a radially outwardly extending support web 14, the piston crown side partly to the shaft elements 10, 10 '(FIG. 1) and partly to the pin bosses 8, 8' (FIG. 2) is formed.
  • the support 12 has the shape of a radially inwardly and axially directed in the direction of the piston head 4 stage 30.
  • the upper part 2 and the lower part 3 can thereby be coaxially aligned with each other, that the inside of the lower end face of the annular wall 5 has a cylindrical recess 31 whose inner shape is complementary to the shape of the step 30 of the outer support 12, so Assembly of the piston 1, the stage 30 is inserted into the recess 31, whereby the coaxial alignment of the upper and lower part of the piston 1 is achieved.
  • the inner support 11 is formed by the annular, piston-bottom-side end face of a radially encircling within the support web 14 and like the support web 14 partly to the shaft elements 10, 10 '(FIG. 1) and partly to the pin bosses 8, 8' (FIG. 2). molded bottom joint 15 formed.
  • the upper part 2 of the piston 1 is located on a side facing away from the piston bottom Anformung 32, wherein the piston bottom facing away from end of Anformung 32 rests on the inner support 11 and at least approximately the same radial diameter as the inner support 11.
  • an outer cooling channel 13 is arranged in the piston bottom side edge region of the piston 1 is formed, the radially outer boundary partly of the annular wall 5 and partly of the support web 14, the radially inner boundary of the sub-base 15, the axially upper boundary of the piston head 4 and the axially lower boundary of the lower part 3 of the piston 1 are formed. Cooling oil is introduced into the outer cooling channel 13 via at least one oil feed channel 16 opening into the piston interior 28.
  • the piston 1 has a further, coaxially to the piston axis 17 arranged, annular, inner cooling channel 18, which has a smaller radial diameter than the outer cooling channel 13, and which, viewed in the radial direction, is disposed within the outer cooling channel 13.
  • the outer cooling channel 13 is connected to the inner cooling channel 18.
  • the outer cooling channel 13 and the inner cooling channel 18 can also be connected to one another via bores introduced into the lower part foot 15.
  • the lateral surface of the bolt 20 has an end region facing away from the piston bottom with an external thread 23 (FIG. 2), which corresponds to the internal thread 34 of the hexagonal nut 19, so that the hexagonal nut 19 can be screwed onto the external thread 23 of the bolt 20.
  • the hexagonal nut 19 consists of a threaded portion 24 with the internal thread 34 and a radially outer cross-section hexagonal outer surface and a piston crown side integrally formed thereon collar 25, in the present embodiment, two radially arranged and opposing holes, or milling 26, 27, the connect the inner cooling channel 18 with the piston interior 28. If the hexagonal nut 19 is screwed tight, the piston-bottom-side end face of the collar 25 rests against the end face of the molding 33 facing away from the piston crown.

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Abstract

Vorgeschlagen wird ein gebauter, flüssigkeitsgekühlter Kolben (1) mit einem Oberteil (2) einem Unterteil (3), wobei das Oberteil (2) und das Unterteil (3) über eine radial äußere, ringförmige Auflage (12) und über eine radial innere, ringförmige Auflage (11) miteinander in Verbindung stehen. Zwischen der äußeren Auflage (12) und der inneren Auflage (11) ist ein äußerer Kühlkanal (13) und radial innerhalb der inneren Auflage (11) ein innerer Kühlkanal (18) angeordnet. Hierbei ist der äußere Kühlkanal (13) mit dem inneren Kühlkanal (18) über mindestens einen Überlauf kanal (22, 22') verbunden. Um die Kompressionshöhe und damit die axialen Abmessungen des Kolbens zu reduzieren, und um einen ungehinderten Abfluss von im inneren Kühlkanal (18) befindlichem Kühlöl ohne großen konstruktiven Aufwand zu gewährleisten, ist auf der kolbenbodenabgewandten Unterseite des Kolbenbodens (4) koaxial zur Kolbenachse (17) ein Bolzen (20) mit einem Außengewinde (23) angeordnet, sind das Oberteil (2) und das Unterteil (3) des Kolbens (1) mittels einer auf das Außengewinde (23) des Bolzens (20) aufschraubbaren Sechskantmutter (19) miteinander verschraubt, und weist die Sechskantmutter (19) kolbenbodenseitig einen Kragen (25) mit mindestens einer radial angeordneten Bohrung oder Fräsung (26, 27) auf, die den inneren Kühlkanal (18) mit dem Kolbeninnenraum (28) verbindet.

Description

Gebauter, flüssigkeitsgekühlter Kolben
Die Erfindung betrifft einen gebauten, flüssigkeitsgekühlten Kolben nach dem Oberbegriff das Patentanspruches.
Aus der Offenlegungsschrift DE 41 31 275 A1 ist ein gebauter, flüssigkeitsgekühlter Kolben bekannt, der aus einem den Kolbenkopf bildenden Oberteil und einem den Kolbenschaft aufweisenden Unterteil besteht. Das Oberteil und das Unterteil sind durch eine Dehnschraube miteinander verbunden, wobei zwischen dem Kopf der Dehnschraube und einem der Abstützung der Dehnschraube dienender Kragen des Unterteiles eine Hülse angeordnet ist, die radiale Bohrungen aufweist, über die in einem inneren Kühlraum angesammeltes Kühlöl abfließen kann.
Nachteilig ist hierbei zum einen, dass die Dehnschraube einen relativ großen Platzbedarf hat, der eine Reduzierung der Kompressionshöhe und damit eine Reduzierung des axialen Abmessungen des Kolbens verhindert. Zum anderen erfordert der ungehinderte Abfluss von Kühlöl aus dem inneren Kühlraum eine zusätzliche Hülse mit radialen Bohrungen, die die Montage des aus dem Stand der Technik bekannten Kolbens ziemlich aufwändig gestaltet.
Diese Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden ist Aufgabe der Erfindung.
Gelöst wird diese Aufgabe mit den im Kennzeichen des Patentanspruches stehenden Merkmalen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen Fig. 1 einen Schnitt durch einen gebauten, flüssigkeitsgekühlten Kolben entlang einer in Druck- Gegendruckrichtung des Kolbens liegenden Ebene mit einer Seitenansicht der erfindungsgemäßen Sechskantmutter und
Fig. 2 einen Schnitt durch den Kolben entlang einer in Richtung der Längsachse der Bolzenbohrung liegenden Ebene mit einem Schnitt durch die Sechskantmutter gemäß der Erfindung.
In den Figuren 1 und 2 ist ein zweiteiliger, gebauter, flüssigkeitsgekühlter Kolben 1 dargestellt, der aus einem Oberteil 2 und einem Unterteil 3 besteht. Das Oberteil 2 und das Unterteil 3 können aus Aluminium, Stahl oder aus Gusseisen mit Kugelgraphit (GGG-Gusseisen gemäß DIN 1693) gefertigt sein. Ein Kolbenboden 4 begrenzt die axiale Oberseite des Oberteils 2. An den Außenrand des Kolbenbodens 4 ist eine Ringwand 5 angeformt, deren Außenfläche kolbenbodenseitig einen Feuersteg 6 bildet, woran sich schaftseitig eine Ringpartie 7 mit Ringnuten zur Aufnahme von in den Figuren nicht dargestellten Kolbenringen anschließt.
An der dem Kolbenboden 4 abgewandten Unterseite des Unterteils 3 sind zwei Bolzennaben 8, 8' mit je einer Bolzenbohrung 9, 9' angeordnet. Hierbei sind die radial äußeren Stirnflächen 29, 29' der Bolzennaben 8, 8' gegenüber der Ringwand 5 nach radial innen versetzt. Die Bolzennaben 8, 8' sind über Schaftelemente 10, 10' miteinander verbunden.
Das Oberteil 2 und das Unterteil 3 des Kolbens 1 stehen über eine radial innere, ringförmige Auflage 1 1 und über eine konzentrisch dazu angeordnete, radial äußere, ringförmige Auflage 12 miteinander in Verbindung. Die radial äußere Auflage 12 wird von der kolbenbodenseitigen Stirnfläche eines radial außen umlaufenden Tragsteges 14 gebildet, der kolbenbodenseitig teils an die Schaftelemente 10, 10' (Fig. 1 ) und teils an die Bolzennaben 8, 8' (Fig. 2) angeformt ist. Im Querschnitt weist die Auflage 12 die Form einer nach radial innen und axial in Richtung des Kolbenbodens 4 gerichteten Stufe 30 auf. Beim Zusammenbau des Kolbens 1 können dessen Oberteil 2 und dessen Unterteil 3 dadurch koaxial zueinander ausgerichtet werden, dass die Innenseite der unteren Stirnseite der Ringwand 5 eine zylinderförmige Ausnehmung 31 aufweist, deren Innenform komplementär zur Form der Stufe 30 der äußeren Auflage 12 ist, sodass beim Zusammenbau des Kolbens 1 die Stufe 30 in die Ausnehmung 31 einführbar ist, wodurch die koaxiale Ausrichtung von Ober- und Unterteil des Kolbens 1 erreicht wird.
Die innere Auflage 11 wird von der ringförmigen, kolbenbodenseitigen Stirnseite eines radial innerhalb des Tragsteges 14 umlaufenden und wie der Tragsteg 14 teils an die Schaftelemente 10, 10' (Fig. 1 ) und teils an die Bolzennaben 8, 8' (Fig. 2) angeformten Unterteilfußes 15 gebildet. Auf der inneren Auflage 11 liegt das Oberteil 2 des Kolbens 1 über eine auf dessen kolbenbodenabgewandter Seite angeordnete Anformung 32 auf, wobei die kolbenbodenabgewandte Stirnseite der Anformung 32 auf der inneren Auflage 11 aufliegt und zumindest näherungsweise den gleichen radialen Durchmesser wie die innere Auflage 11 aufweist.
Vom Oberteil 2 und vom Unterteil 3 des Kolbens 1 wird ein im kolbenbodenseitigen Randbereich des Kolbens 1 angeordneter, äußerer Kühlkanal 13 gebildet, dessen radial äußere Begrenzung teils von der Ringwand 5 und teils von dem Tragsteg 14, dessen radial innere Begrenzung von dem Unterteilfuß 15, dessen axial obere Begrenzung vom Kolbenboden 4 und dessen axial untere Begrenzung vom Unterteil 3 des Kolbens 1 gebildet werden. Über mindestens einen in den Kolbeninnenraum 28 mündenden Ölzuführkanal 16 wird Kühlöl in den äußeren Kühlkanal 13 eingeleitet.
Der Kolben 1 weist einen weiteren, koaxial zur Kolbenachse 17 angeordneten, ringförmigen, inneren Kühlkanal 18 auf, der einen geringeren radialen Durchmesser als der äußere Kühlkanal 13 hat, und der in radialer Richtung gesehen innerhalb des äußeren Kühlkanals 13 angeordnet ist. Axial oben wird der innere Kühlkanals 18 vom Kolbenboden 4, radial außen teils vom Unterteilfuß 15 und teils von einer radial innen an den Unterteilfuß 15 angeordneten, in kolbenbodenabgewandte Richtung sich konisch verjüngende Anformung 33, axial unten von einer weiter unten näher erläuterten Sechskantmutter 19 und radial innen von einem zylindrisch ausgebildeten Bolzen 20 begrenzt, der auf der Unterseite des Kolbenbodens 4 koaxial zur Kolbenachse 17 angeordnet ist. Über nutförmige, in die innere Auflage 11 eingearbeitete Überlaufkanäle 22, 22' ist der äußere Kühlkanal 13 mit dem inneren Kühlkanal 18 verbunden. Der äußere Kühlkanal 13 und der innere Kühlkanal 18 können auch über in den Unterteilfuß 15 eingebrachte Bohrungen miteinander verbunden sein.
Die Mantelfläche des Bolzens 20 weist einen kolbenbodenabgewandten Endbereich mit einem Außengewinde 23 (Fig. 2) auf, das dem Innengewinde 34 der Sechskantmutter 19 entspricht, sodass die Sechskantmutter 19 auf das Außengewinde 23 des Bolzens 20 aufschraubbar ist.
Hierbei besteht die Sechskantmutter 19 aus einem Gewindeteil 24 mit dem Innengewinde 34 und einer im radial liegenden Querschnitt betrachtet sechskantigen Außenfläche und einem kolbenbodenseitig daran angeformten Kragen 25, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei radial angeordnete und einander gegenüberliegende Bohrungen, beziehungsweise Fräsungen 26, 27 aufweist, die den inneren Kühlkanal 18 mit dem Kolbeninnenraum 28 verbinden. Ist die Sechskantmutter 19 festgeschraubt, liegt die kolbenbodenseitige Stirnseite des Kragens 25 an der kolbenbodenabgewandten Stirnseite der Anformung 33 an.
Vom Kolbeninnenraum 28 ausgehend ergibt sich hierbei ein durchgängiger Ölkanal über den Ölzuführungskanal 16, den äußeren Kühlkanal 13, die Überlauf kananäle 22, 22', den inneren Kühlkanal 18 und die Bohrungen (Fräsungen) 26 und 27 im Kragen 25 der Sechskantmutter 19 zurück zum Kolbeninnenraum 28. Bezugszeichenliste
1 Kolben
2 Oberteil des Kolbens 1
3 Unterteil des Kolbens 1
4 Kolbenboden
5 Ringwand
6 Feuersteg
7 Ringpartie
8, 8 Bolzennabe
9, 9 Bolzenbohrung
10, 101 Schaftelement
11 innere Auflage
12 äußere Auflage
13 äußerer Kühlkanal
14 Tragsteg
15 Unterteilfuß
16 Ölzuführungskanal
17 Kolbenachse
18 innerer Kühlkanal
19 Sechskantmutter
20 Bolzen
22, 22' Überlaufkanal
23 Außengewinde des Bolzens 20
24 Gewindeteil der Sechskantmutter 19
25 Kragen der Sechskantmutter
26, 27 Bohrung (Fräsung) im Kragen 25 der Sechskantmutter 19
28 Kolbeninnenraum
29, 29' Stirnflächen der Bolzennaben 8, 8'
30 Stufe der äußeren Auflage 12
31 Ausnehmung in der Stirnseite der Ringwand 5
32, 33 Anformung
34 Innengewinde der Sechskantmutter

Claims

Patentanspruch
Gebauter, flüssigkeitsgekühlter Kolben (1 ),
- mit einem Oberteil (2), das einen Kolbenboden (4) und eine Ringwand (5) mit einem Feuersteg (5) und mit einer Ringpartie (7) aufweist, und
- mit einem Unterteil (3), das Bolzennaben (8. 8') mit Bolzenbohrungen (9, 9') und Schaftelemente (10, 10') aufweist,
- wobei das Oberteil (2) und das Unterteil (3) über eine radial äußere, ringförmige Auflage (12) und über eine radial innere, ringförmige Auflage (11 ) miteinander in Verbindung stehen,
- wobei zwischen der äußeren Auflage (12) und der inneren Auflage (11) ein äußerer Kühlkanal (13) und radial innerhalb der inneren Auflage (11) ein innerer Kühlkanal (18) angeordnet sind,
- wobei der Kolbeninnenraum (28) mit dem äußeren Kühlkanal (13) über mindestens einen Ölzuführungskanal (16) und der äußere Kühlkanal (13) mit dem inneren Kühlkanal (18) über mindestens einen Überlaufkanal (22, 22') verbunden sind, dadurch gekennzeichnet,
- dass auf der kolbenbodenabgewandten Unterseite des Kolbenbodens (4) koaxial zur Kolbenachse (17) ein Bolzen (20) mit einem Außengewinde (23) angeordnet ist,
- dass das Oberteil (2) und das Unterteil (3) des Kolbens (1 ) mittels einer auf das Außengewinde (23) des Bolzens (20) aufschraubbaren Sechskantmutter (19) miteinander verschraubt sind, und
- dass die Sechskantmutter (19) kolbenbodenseitig einen Kragen (25) mit mindestens einer radial angeordneten Bohrung oder Fräsung (26, 27) aufweist, die den inneren Kühlkanal (18) mit dem Kolbeninnenraum (28) verbindet.
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