DE7925700U1

DE7925700U1 - Pistons for an internal combustion engine

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Publication number: DE7925700U1
Application number: DE19797925700
Authority: DE
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH; MTU Motoren und Turbinen Union Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 1979-09-11
Filing date: 1979-09-11
Publication date: 1986-02-06

Description

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MTU MOTOREN- UND TURBINEN-UNION
FRIBDRICHSHAFEN OMBHMTU ENGINE AND TURBINE UNION
FRIBDRICHSHAFEN OMBH

FriedrichshafenFriedrichshafen Kolben für eine Brennkraftmaschine *Piston for an internal combustion engine *

Dl· Erfindung besieht «ich auf einen Kolben für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch i und besweckt eine Steigerung der thermischen Belastbare it des Keltern.The invention relates to a piston for an internal combustion engine according to the preamble of claim i and evokes an increase in the thermal resilience of it Pressing.

Ι· i»t ein Kolben der genannten Art bekannt, bei de« zur Be-( fertigung der Bodenplatte mehrere kurze Dehnschrauben auf· I »t a piston of the type mentioned is known, with de« for loading ( production of the base plate on several short expansion screws

eimern engen Teilkreis nahe der Kolbenachse angeordnet sind. •1··· Konstruktion hat nicht befriedigt, well der äußere Be- '^;.' reich der Bodenplatte sich nicht genügend rerspannen ließ «ad veil die Dehnschraube», wegen des geringen Abstandes zum Kolbenbolzen, nicht lang genug ausgeführt werden konnten. Auflerdem hat sich die Kühlung der Schraubenschäfte als nicht •«■reichend herausgestellt.buckets are arranged in a narrow pitch circle near the piston axis. • 1 ··· construction was unsatisfactory because the external loading '^; . ' “ad veil the expansion screw” could not be made long enough due to the small distance to the piston pin. In addition, the cooling of the screw shafts turned out to be insufficient.

■■ 1st daher Aufgabe der Erfindung, die an der bekannten Ausführung festgestellten Mangel zu vermeiden.■■ Is therefore the object of the invention, based on the known design to avoid identified deficiency.

Biese Aufgabe löst die Erfindung durch die Kombination der im kennzeichnenden Teil τοη Patentanspruch i enthaltenenThis object is achieved by the invention by combining the claims contained in the characterizing part τοη

C Merkmale 1 bis 5. Mit dieser Anordnung der Dehnschrauben wir- ■ kea «ich die unterschiedlichen Wärmedehnungen von Bodenplatte «md Kolbenkörper bei Betriebstemperatur nicht nachteilig auf dl· Schraubenbeanspruchung aus. Durch die im kalten Zustand \ -vorhandenen Fora- und Maßdifferenzen an Bodenplatte und KoI- j" benkörper ergibt sich beim Zusammenbau des Kolbens für die DehBschrauben eine geringe S-förmige Doppel-Verbiegung des Dehaschaftes, die bei Raumtemperatur keine überbeanspruchung der Dehnschraube darstellt. Im betriebswarmen Zustand des Selbess ist die ¥ärsedehnusg der Bodenplatte größer als die de« Kolbenkörpers, da infolge der wärmeisolierenden Anordnung die Bodenplatte eine hohe Temperatur annimmt. Die dadurch eintretende Verschiebung zwischen Bodenplatte undC Features 1 to 5. With this arrangement of the expansion screws, the different thermal expansions of the base plate and the piston body at operating temperature do not have a detrimental effect on the stress on the screw. By the cold state \ -vorhandenen foramen and dimensional differences on the bottom plate and Koi- j "benkörper of the piston results in the assembly for the DehBschrauben a small S-shaped double-bending of the Dehaschaftes showing no overloading of the expansion screw at room temperature. In When the self-assembly is at operating temperature, the expansion of the base plate is greater than that of the piston body, since the base plate takes on a high temperature as a result of the heat-insulating arrangement

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Kolbenkörper bewirkt an den Dehnschrauben die Rückbildung der S-förmigen Doppel-Verbiegung in eine einfache Biegung, wodurch eine tiberbeanspruchung der Dehnschrauben bei Betriebstemperatur vomieden wird. Durch die Merkmale der Patent an sprliche 2 bis 7 erfolgt eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung.The piston body causes the expansion screws to regress the S-shaped double bend into a simple bend, causing excessive stress on the expansion screws at operating temperature is vomieden. By the characteristics of the patent 2 to 7 are an advantageous further development of the invention.

Die Bit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß sich zwischen Bodenplatte und Kolbenkörper, bei Werkstoffkombinationen Bit großen WKrmedehnun^sunterschieden, eine sichere Verbindung ergibt, daß die Biegebe-•n&pruchung der Dehnschrauben im betriebewarmen Zustand gegenüber der Montagebeanspruchung vermindert 1st, daß eine Intensive Kühlung der Schraubenschäfte erreicht ist und daß sich bei der gewählten Anordnung Dehnschrauben εit großer Dehnlänge ergeben und trotzdem von den Dehnschrauben keine Verformung der Bohrung für den Kolbenbolzen verursacht wird.The advantages achieved by the bits of the invention are particular in that there are large thermal expansion differences between the base plate and the piston body, in the case of material combinations, a secure connection results in the bending • n & stress of the expansion screws in the warm operating state compared to the assembly stress is reduced that a Intensive cooling of the screw shafts is achieved and that With the selected arrangement, expansion screws are larger Result in expansion length and nevertheless no deformation of the bore for the piston pin is caused by the expansion screws.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachstehend näher beschrieben. Es «eigen:Two exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing and are described in more detail below. It «own:

71g. 1 einen Querschnitt eines Kolbens mit Dehnschrauben, die einen zylindrischen Kopf aufweisen;71g. 1 shows a cross section of a piston with expansion screws, which have a cylindrical head;

Flg. 2 einen Querschnitt eines Kolbens mit Stiftschrauben; Flg. 2 shows a cross section of a piston with studs;

Fig. 3 bis 5 eine schematische Darstellung der Verformungen £5 von Bodenplatte und Dehnschrauben bei verschiedenem Montage- bzw. Betriebszustand.3 to 5 a schematic representation of the deformations £ 5 from the base plate and expansion screws in different assembly or operating conditions.

Bin Kolben 11 für eine Brennkraftmaschine besteht aus einer wärmebeständigen Bodenplatte 12 und einem Kolbenkörper 13. In Durchgangβlöchern 14 angeordnete Dehnschrauben 15 mit zylindrischem Kopf 16 und Schraubenmuttern 17 verbinden Bodenplatte 12 und Kolbenkörper 13 miteinander. Auf der Oberseite des Kolbenkörpers 13 sind auf ringförmigen Anlagefl&iehen für die Bodenplatte 12 poröse Keramikschichten iS angebracht, die eine Wärmedämmung zwischen Bodenplatte 12 «nd Kolbenkörper 13 bewirken. Dadurch wird einerseits der Warnestrom In dem Kolbenkörper 13 klein gehalten und ande-A piston 11 for an internal combustion engine consists of a heat-resistant base plate 12 and a piston body 13. Expansion screws 15 arranged in through holes 14 with cylindrical head 16 and screw nuts 17 connect base plate 12 and piston body 13 to one another. On the top of the piston body 13 are on annular abutment flanges For the base plate 12, porous ceramic layers are attached which provide thermal insulation between the base plate 12 «Nd piston body 13 cause. As a result, on the one hand, the warning current in the piston body 13 is kept small and, on the other hand,

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rereeits kann die Bodenplatte 12 eine den Verbrennungsablauf la Zylinder begünstigende höhere Temperatur annehmen. Die Väraaabfuhr aus dem Kolbenkörper 13 erfolgt durch Kühlflüssigkeit, die in einem Im Kolbenkörper 13 angeordneten Kühlkanal 20 an einer nicht dargestellten Stelle eingespritzt wird.In addition, the base plate 12 can control the combustion process Let the cylinder take on a higher temperature that is favorable to it. the Väraa discharge from the piston body 13 takes place by cooling liquid, in a cooling channel arranged in the piston body 13 20 is injected at a point not shown.

Om «ine elastisch· Verspannung der Bodenplatt« 12 zu erreichen, ist die Anlagefläche 26 auf der Unterseite der Bodenplatt« kugel- bzw. kegelförmig ausgebildet. Da die in der Bodenplatte 12 angeordneten Ansenkungen 25 für die Köpfe dar Dehnschrauben 15 rechtwinklig zur Kolbenachse 23 stehend· Schraubenkopfauflageflachen 2k besitzen (Fig. 3), ergibt sieh bein Anziehen der Dehnschrauben eine geringe Schiefstellung der Schraubenköpfe (Fig. %). Die Dehnschrauben sind in der Bodenplatte 12 in den Ansenkungen 25, die als den zylindrischen Köpfen 16 entsprechende Paßbohrungen ausgebildet sind, zentriert. Die Schraubenmuttern 17 sind über PaAhUlsen 19 zentriert, die in den Durchgangslöchern angeordnet sind und über die Mutternauflagefläche an Kolbenkörper 13 vorstehen. Die Achsen der Zentrierungen für die Sehaschrauben 15 in der Bodenplatte 12 sind gegenüber den Aehaem der Zentrierungen für die Schraubenmuttern 17 !■ Kolbenkörper 13 in Sichtung auf die Kolbenachse radial um ein geringes MaB versetzt. Dadurch erleidet der Dehnschaft eier Dehnschrauben 15 beim Zusammenbau des Kolbens 11 eine geringfügige S-förmige Doppelrerbiegung (Fig. h), die Im kalten Zustand keine überbeanspruchung der Dehnschrauben darstellt. Bei Betrieb der Brennkraftmaschine ergibt sich Infolge unterschiedlicher Y&rmedehnungen und verschiedener Temperaturen von Bodenplatte 12 und Kolbenkörper 13 eine relative Verschiebung zueinander. Die Achsen der Zentrierungen für die Schraubenköpfe in der Bodenplatte 12 vergrödern dabei ihren Abstand zur Kolbenachse 23 mehr als die Achsen der Zentrierungen für die Schraubenmuttern 17. In order to achieve elastic bracing of the base plate 12, the contact surface 26 on the underside of the base plate is spherical or conical. Since the countersinks 25 arranged in the base plate 12 for the heads of the expansion screws 15 are perpendicular to the piston axis 23 and have screw head contact surfaces 2k (Fig. 3), when the expansion screws are tightened, the screw heads are slightly misaligned (Fig.%). The expansion screws are centered in the base plate 12 in the countersinks 25, which are designed as fitting bores corresponding to the cylindrical heads 16. The screw nuts 17 are centered by means of coupling sleeves 19 which are arranged in the through holes and protrude beyond the nut support surface on the piston body 13. The axes of the centerings for the Sehasch screws 15 in the base plate 12 are offset radially by a small amount compared to the Aehaem of the centerings for the screw nuts 17! As a result, when the piston 11 is assembled, the expansion shaft of the expansion screws 15 suffers from a slight S-shaped double bend (FIG. H), which in the cold state does not represent any overstressing of the expansion screws. When the internal combustion engine is in operation, there is a relative displacement to one another as a result of different y expansion and different temperatures of the base plate 12 and piston body 13. The axes of the centering for the screw heads in the base plate 12 increase their distance from the piston axis 23 more than the axes of the centering for the screw nuts 17.

Bio S-förmige Doppelverbiegung der Dehnschäfte der Dehnschrauben 15 geht dabei in eine einfache Biegung (Fig. fr)Bio S-shaped double bending of the expansion shafts of the expansion screws 15 goes into a simple bend (Fig. Fr)

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' über. Dadurch wird die Überbeanspruchung der Dehnschrauben ' above. This will overstress the expansion bolts

j 15 im b^trlebswaraen Zustand vermieden.j 15 avoided in the b ^ liveliness state.

J₁ Ein anderes AusfUhrungsbeispiel ist in Fig. 2 dargestellt.J ₁ Another exemplary embodiment is shown in FIG.

Die Dehnschrauben sind hier als Stiftschrauben 27 ausgebildet, wobei das eine Gewindeende der Stiftechraube 27 in einem Gewindesaokloch 29 in der Bodenplatte 12 fixiert ist. 91« Funktion der Ausführung nach Fig. 2 entspricht dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbel spiel.The expansion screws are designed here as studs 27, one threaded end of the stud screw 27 in a threaded saokloch 29 in the base plate 12 is fixed. 91 «Function of the embodiment according to FIG. 2 corresponds to that above described Ausführungsbel game.

Um eine intensivere Kühlung der Dehnschrauben 15 zu erreiuhen, steht der Kühlkanal 20 mit dem Durchgangsiech Ik jeder Dehnschraube 15 in Verbindung, so daß die Dehnschäfte ', ) von Kühl flüssigkeit umgeben sind. Damit die Dehnschäfte ' über ihre ganze Länge gut gekühlt werden, sind in jederIn order to achieve a more intensive cooling of the expansion screws 15, the cooling channel 20 is connected to the Durchgangsiech Ik of each expansion screw 15, so that the expansion shafts', ) are surrounded by cooling liquid. So that the expansion shafts are well cooled over their entire length, are in each

Schraubenmutter 17 mit dem Durchgangs!och Ik in Verbindung stehende Austrittst!ffnungen 21 für Kühlflüssigkeit angeordnet. Auf dieae Welse stellt sich ein vom KU*!kanal 20 ( ausgehender KUhlflUssigkeitsstrom entlang der DehnschraubeNut 17 related to the passage! Och Ik in connection Dropouts! Openings 21 are arranged for cooling liquid. A flow of coolant flowing out of the KU *! Channel 20 (along the expansion screw

15 ein. Zur Abdichtung des im Betrieb mit Kühlflüssigkeit gefüllten Durchgangsloches 14 am Durchtritt durch die porose Keramikschicht 18 ist van der Oberseite des Kolbenkttrpers 13 eine Bundbüchse 22 eingesetzt, deren obere BundflKche gemeinsam mit der Keramikschicht bündig bearbeitet15 a. To seal the through hole 14, which is filled with cooling liquid during operation, at the passage through the porous Ceramic layer 18 is on the top of the piston body 13 a collar sleeve 22 is used, the upper collar surface of which is machined flush with the ceramic layer

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Claims

MTU MOTOREN- UND! TÜSBUiEii-jUiHiOtf' :.". ©/, FRIEDRICHSHAFENuMBH1 ·: : — ' " Friedrichshafen nsprüche i. Kolben für eine Brennkraftmaschine, der aus einer wärmebeständigen Bodenplatte und eine· Kolbenkörper besteht and in Durchgangslöchern angeordnete Dehnschrauben und Schraubenmuttern Bodenplatte und Kolbenkörper verbinden, wobei auf der Oberseite des Kolbenkörpers auf ringförmigen Anlageflachen für die Bodenplatte poröse keramik-■chichten angebracht sind, und ein ia Kolbenkörper angeordneter ringförmiger Kühlkanal von Kühlflüssigkeit durchströmt wird, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merlmale:MTU ENGINE AND! TÜSBUiEii-jUiHiOtf ':. ". © /, FRIEDRICHSHAFENuMBH1 ·:: -'" Friedrichshafen nsprüche i. Piston for an internal combustion engine, which consists of a heat-resistant base plate and a piston body and expansion screws and nuts arranged in through holes connect base plate and piston body, with porous ceramic layers being attached to the top of the piston body on ring-shaped contact surfaces for the base plate, and a ia Piston body arranged annular cooling channel is flowed through by cooling liquid, characterized by the combination of the following features:

1. Die Anlageflüche auf der Unterseite der Bodenplatte (12) 1st kugel- bzw. kegelförmig ausgebildet.1. The curses on the underside of the base plate (12) Is spherical or conical in shape.

2. In der Bodenplatte (12) angeordnete Aufnanaen für d48 e ae Ende der Dehnschrauben (15, 27) haben parall&l rur Kolbenachse verlaufende Achsen.2. In the base plate (12) arranged Aufnanaen for d48 e ae end of the expansion screws (15, 27) have parall & l Axes running only on the piston axis.

3. Die Dehnschrauben (15, 27) sind in der Bodenplatte (12) fixiert.3. The expansion screws (15, 27) are in the base plate (12) fixed.

k. Die Schraubenmuttern (17) sind im Kolbenkörper (13) zentriert» k. The screw nuts (17) are centered in the piston body (13) »

5. Die Achsen der Aufnahmen für die Dehnschrauben (15, 27) in der Bodenplatte (12) sind gegenüber den Achsen der Zentrierungen für die Schraubenmuttern (17) im Kolbenkörper (13) in Richtung auf die Kolbenachse radial um ein geringes Maß versetzt.5. The axes of the mounts for the expansion screws (15, 27) in the base plate (12) are opposite the axes of the centerings for the screw nuts (17) in the piston body (13) offset radially by a small amount in the direction of the piston axis.

2. Kolben nach Anspruch 1, bei dem die Dehnschrauben einen sylindriechen Kopf aufweisen, "dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmen in der Bodenplatte (12) für das eine Ende der Dehnschrauben (15) als Paßbohrungen ausgeführte Ansenkungen (25) sind, die den zylindrischen Köpfen (16) der Dehnschrauben (15) entsprechen.2. Piston according to claim 1, wherein the expansion screws a have a cylindrical head, "characterized that the recordings in the base plate (12) for one end of the expansion screws (15) are designed as fitting holes Countersinks (25) are, which correspond to the cylindrical heads (16) of the expansion screws (15).

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κ - 2 - κ - 2 -

! 3. Kolben nach Anspruch i, bei dem die Dehnschrauben als! 3. Piston according to claim i, wherein the expansion screws as

! Stiftschraube ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet,! Stud bolts are formed, characterized in that

'■ daß die Aufnahmen in der Bodenplatte (12) für das eine '■ that the recordings in the base plate (12) for one

ij Ende der Dehnschrauben (27) als Gewindesacklöcher (29)ij end of the expansion screws (27) as threaded blind holes (29)

i 5 ausgeführt sind. i 5 are executed.

'^; k. Kolben nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß für'^; k. Piston according to claim 1, characterized in that for

j die Zentrierung der Schraubenmuttern (17) in den Durchj the centering of the screw nuts (17) in the through

gangslöchern {lh) Paßhülsen (19) angeordnet sind, dieGangholes {lh) fitting sleeves (19) are arranged, the

I über die Muttemauflagefläche aa Kolbenkörper (13) vor- I. over the nut support surface aa piston body (13)

10 stehen.10 stand.

5· Kolben nach Ansnrush 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwi-' ) sehen Kühlkanal (20) und jedem Durchgangsloch (14) eine5 Pistons according to Ansnrush 1, characterized in that between ) see cooling channel (20) and each through hole (14) one

Verbindung besteht.Connection exists.

- 6. Kolben nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,- 6. Piston according to claim 1 to 3, characterized in that

j 15 daß an jeder Schraubenmutter (17) »indestens eine uit I d«B Durchgangsloch (14) in Verbindung stehende Austritts-j 15 that at each screw nut (17) »at least one uit I d «B through hole (14) associated outlet

; öffnung (21) für Kühlflüssigkeit angeordnet ist.; Opening (21) for cooling liquid is arranged.

7, Kolben nach Anspruch 1 bis 3« dadurch gekennzeichnet,7, piston according to claim 1 to 3 «characterized in that

daß in jedes Durchgangsloch (14), das die poröse Keramik- ; 20 schicht (18) durchdringt, von der Oberseite des Kolben- < körpers (13) aus eine Bundbüchse (22) eingesetzt ist,that in each through hole (14), which the porous ceramic ; 20 layer (18) penetrates, from the top of the piston <body (13) from a collar (22) is inserted,

deren obere Bildfläche gemeinsam mit der Keramikschicht (18) bündig bearbeitet ist.their upper picture surface together with the ceramic layer (18) is edited flush.

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