DE2341056C2

DE2341056C2 - Pistons for internal combustion engines with a sleeve made of wear-resistant material

Info

Publication number: DE2341056C2
Application number: DE19732341056
Authority: DE
Inventors: Hagen 7101 Weiler Hummel
Original assignee: Mahle GmbH
Current assignee: Mahle GmbH
Priority date: 1973-08-14
Filing date: 1973-08-14
Publication date: 1975-07-03
Also published as: DE2341056B1

Description

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Die Erfindung betrifft einen Kolben für Brennkraftmaschinen, insbesondere einen Kolben aus Leichtmetall, mit einer Hülse aus verschleißfestem Werkstoff, die Teile der Ringzone bildet, in einer Ebene längs ihrer Mittelachse geteilt und mit dem Grundkörper des Kolbens formschlüssig verbunden ist.The invention relates to a piston for internal combustion engines, in particular a piston made of light metal, with a sleeve made of wear-resistant material, which forms part of the ring zone, in a longitudinal plane its central axis is divided and positively connected to the base body of the piston.

Die Schwierigkeit bei der Herstellung von derartigen Kolben besteht darin, die Hülse mit dem Grundlcörper des Kolbens so zu verbinden, daß sich diese fcuch bei höchsten Belastungen nicht löst. Aus der Patentliteratur iind deshalb eine Reihe von Vorschlägen zur Überwindung dieser Schwierigkeiten bekannt. The difficulty in making such Piston consists in connecting the sleeve to the base body of the piston in such a way that they come together fcuch does not resolve under the highest loads. There are therefore a number of proposals from the patent literature known to overcome these difficulties.

Die gebräuchlichste Art der Verbindung zwischen einer verschleißfesten Hülse und einem Kolbengrundkörper aus Leichtmetall ist das Umgießen. Hierbei kann die Hülse selbstverständlich beliebig geformte Vorsprünge ausweisen, die einen sicheren Halt in (dem Grundkörper gewährleisten. Ein schwerwiegender Nachteil dieser durch Umgießen hergestellten !Kolben liegt aber darin, daß zwischen der Hülse und dem Grundkörper nur mit erheblichem Aufwand Hohlräume, z. B. Kühlkanäle, gebildet werden können. Es müssen nämlich entweder eingegossene Kühlschlangen, z. B. aus Kupfer, oder nach dem Gießen lierauslösbarer Kerne z. B. aus Salzen, verwendet (werden. Da hoch belastete Kolben, insbesondere Diefcelkolben, für größere Brennkraftmaschinen häufig tnit solchen Kühlkanälen ausgestattet sind, wiegt dieser Nachteil besonders schwer.The most common type of connection between a wear-resistant sleeve and a piston body the casting is made of light metal. The sleeve can of course have any shape Identify protrusions that ensure a secure hold in (the main body. A serious The disadvantage of this piston produced by casting around is that between the sleeve and the main body only with considerable effort cavities, z. B. cooling channels can be formed. It must namely either cast cooling coils, z. B. made of copper, or after casting release-releasable cores z. B. from salts are used (. Since highly loaded pistons, especially Diefcel pistons, for larger internal combustion engines are often equipped with such cooling ducts, this weighs Disadvantage particularly difficult.

Eine andere Lösung ist in der deutschen Offenlegungsschrift 1 751 945 offenbart. Danach ist die Hülse an ihrem inneren Mantel leicht kegelig ausgebildet und auf den Grundkörper aufgeschrumpft. Es ist klar, daß die Kegeligkeit dabei auf das Maß beschränkt sein muß, welches sich aus den unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der Werkstoffe von Hülse und Grundkörper und aus dem beim Zusammenbau angewandten Temperaturgefälle zwischen diesen beiden Teilen errechnen läßt. Für sehr hoch belastete Kolben erscheint deshalb der verhältnismäßig' schwache Formschluß nicht ausreichend. Es besteht die Gefahr, daß sich die Hülse infolge der hohen Betriebstemperaturen und der großen beim Lauf des Kolbens auftretenden Massenkräfte wieder löst.Another solution is in the German Offenlegungsschrift No. 1,751,945. Thereafter, the sleeve is slightly tapered on its inner jacket and shrunk onto the body. It is clear that the taper is limited to the measure must be, which results from the different expansion coefficients of the materials of Sleeve and base body and from the temperature gradient used during assembly between can calculate these two parts. For very heavily loaded pistons, the relatively ' weak form fit not sufficient. There is a risk that the sleeve as a result of the high Operating temperatures and the large inertia forces occurring when the piston is running again releases.

Es ist deshalb schon vorgeschlagen worden, die Hülse mit dem Grundkörper aD der Berührungsfläche durch Elektronenstrahlen zu verschweißen. Hierbei müssen jedoch unterschiedliche Werkstoffe miteinander verschweißt werden, was erhebliche technische Schwierigkeiten und Aufwendungen mit sich bringt.It has therefore already been proposed that the sleeve with the base body aD of the contact surface to be welded by electron beams. Here, however, different materials have to be used together be welded, which brings considerable technical difficulties and expenses.

Aus der französischen Patentschrift 913 136 ist es schließlich bekannt, einen im Querschnitt U-förmigen Ringträger aus verschleißfestem Werkstoff, der allerdings nicht bis zum Kolbenboden reicht, in mehrere Segmente zu zerlegen und diese dann in eine entsprechende Nut des Grundkörpers einzupressen oder einzuschrumpfen. Auch bei dieser Ausführung ist nicht ausgeschlossen, daß sich der Ringträger bei hohen Betriebstemperaturen wieder löst.From French patent specification 913 136 it is finally known to have a U-shaped cross-section Ring carrier made of wear-resistant material, which, however, does not extend to the piston crown, in several To dismantle segments and then press or shrink them into a corresponding groove in the base body. Even with this design, it is not excluded that the ring carrier at high Operating temperatures again dissolves.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Kolben der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der eine sichere, auch bei höchsten Belastungen nicht lösbare Verbindung zwischen Hülse und Grundkörper aufweist und bei dem es möglich ist, Hohlräume zwischen Hülse und Grundkörper vorzusehen, ohne dabei Kerne oder Kühlschlangen einlegen zu müssen.The invention is now based on the object of creating a piston of the type mentioned at the outset, a secure connection between the sleeve and the base body that cannot be released even under the highest loads has and in which it is possible to provide cavities between the sleeve and the base body without doing so Having to insert cores or cooling coils.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Hülse in an sich bekannter Weise Teile des'Kolbenbodens bildet und ihre Teile nach dem formschlüssigen Einbau mittels eines Ladungsträgerstrahles miteinander verschweißt sind.According to the invention, this object is achieved in that the sleeve has parts in a manner known per se des'Kolbenbodens forms and their parts after the form-fitting installation by means of a charge carrier beam are welded together.

Es ist offensichtlich, daß bei der erfindungsgemäßen Ausführung die Hülse wie bei den durch Umgießen hergestellten Kolben beliebige Hinterschneidungen aufweisen kann, die eine feste Verankerung im Grundkörper gewährleisten, und daß dabei die Anordnung von Hohlräumen zwischen der Hülse und dem Grundkörper keinerlei Schwierigkeiten bereitet. Vorzugsweise ist die innere Mantelfläche der Hülse zu diesem Zweck stark kegelig ausgebildet.It is obvious that in the embodiment according to the invention, the sleeve as in the by casting Manufactured pistons can have any undercuts that provide a firm anchorage ensure in the base body, and that the arrangement of cavities between the sleeve and the main body does not cause any difficulties. The inner jacket surface is preferably the sleeve strongly conical for this purpose.

Das Verschweißen bereitet keinerlei Schwierigkeiten, da nur gleiche Werkstoffe zu verbinden sind. Die Verbindung der beiden Hülsen durch Schweißen mittels eines Ladungsträgerstrahls, ζ. Β. eines Elektronenstrahls, bringt noch einen weiteren Vorteil: Beim Erstarren zieht sich die Schweißnaht etwas zusammen, so daß die Hülse zusätzlich zum Formschluß kraftschlüssig mit dem Grundkörper verbunden wird.The welding does not cause any difficulties, since only the same materials have to be connected. The connection of the two sleeves by welding using a charge carrier beam, ζ. Β. an electron beam, has another advantage: when solidifying, the weld seam contracts a little, so that the sleeve is positively connected to the base body in addition to the form fit.

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel verdeutlicht werden. In der Zeichnung zeigtThe invention is to be illustrated using an exemplary embodiment. In the drawing shows

F i g. 1 einen erfindunsgemäßen Kolben in einem Schnitt entlang seiner Längsachse,F i g. 1 shows a piston according to the invention in a section along its longitudinal axis,

F i g. 2 eine Draufsicht auf den Kolben der F i g. 1.F i g. FIG. 2 is a plan view of the piston of FIG. 1.

Der Grundkörper 1 des Kolbens ist aus Leichtmetall, während die Hülse aus verschleißfestem Werkstoff, z. B. einer Eisen-Nickel-Legierung besteht. Die Hülse ist in einer Ebene längs ihrer Mittelachse geteilt und damit aus zwei Teilen 2 und 3 gebildet. Die Stoßflächen der beiden Teile 2 und 3 sind durch einen Elektronenstrahl miteinander verschweißt. Der Elektronenstrahl kann dabei parallel zur Längsachse des Kolbens gerichtet sein, oder aber radial ansetzen, d. h., die Hülse von der Seite zusammenschweißen.The base body 1 of the piston is made of light metal, while the sleeve is made of wear-resistant material, z. B. consists of an iron-nickel alloy. The sleeve is divided in a plane along its central axis and thus formed from two parts 2 and 3. The abutting surfaces of the two parts 2 and 3 are through welded together an electron beam. The electron beam can be parallel to the longitudinal axis of the piston be directed, or apply radially, d. i.e., weld the sleeve together from the side.

Die Hülse bildet die Ringzone 4 sowie den äußeren Rand 5 des Kolbenbodens 6. Die innere Mantel-The sleeve forms the ring zone 4 and the outer edge 5 of the piston head 6. The inner jacket

fläche 7 der Hülse ist kegelig ausgebildet, wobei der Neigungswinkel zur Kolbenlängsachse 30° beträgt.surface 7 of the sleeve is conical, the angle of inclination to the piston longitudinal axis being 30 °.

Ferner ist die innere Mantelfläche 7 der Hülse mit einer Einbuchtung 8 versehen, welche zusammen mit einer entsprechenden Ausnehmung 9 im Grundkörper 1 einen Hohlraum bildet, der die Aufgabe eines Kühlkanals 10 hat. Die innere Mantelfläche 7 der Hülse kann aber auch ohne Unterbrechung sein, d. h. der Kühlkanal 10 kann ausschließlich durch eineAussparung im Grundkörper 1 gebildet sein.Furthermore, the inner jacket surface 7 of the sleeve is provided with an indentation 8, which together with a corresponding recess 9 in the base body 1 forms a cavity which has the task of a Cooling channel 10 has. The inner jacket surface 7 of the sleeve can also be without interruption, d. H. the cooling channel 10 can only be through a recess be formed in the base body 1.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Pistons for internal combustion engines, in particular pistons made of light metal, with parts of the Ring zone, consisting of a wear-resistant material sleeve, which is in one plane divided along its central axis, and positively connected to the base body of the piston is, characterized in that the sleeve forms parts of the piston head in a manner known per se and its parts (2, 3) after the form-fitting installation are welded to one another by means of a charge carrier beam.

2. Piston according to claim 1, characterized in that the inner circumferential surface (7) of the Sleeve (parts 2, 3) is conical in a known manner, the angle of inclination is preferably above 10 °.

3. Piston according to claim 1 or 2, characterized in that between the sleeve (parts 2,

3) and the base body (1) an annular cooling channel (10) is formed in a manner known per se is.

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