WO2000053913A1 - Gebauter kolben - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to built pistons according to the preamble of claim 1. Such pistons are known in practice.
  • the known pistons usually have lower parts made of pressed aluminum or cast iron. It has been shown that the known lower parts increasingly come up against limits in terms of strength and that, in particular in the case of lower parts made of cast iron, these limits are due to casting errors which can be ruled out, in spite of increased testing effort.
  • the invention is therefore concerned with the problem of providing a lower part for the generic piston which satisfies the increased strength requirements.
  • the forging-technical production of the lower part in connection with the material AFP steel provides an economically producible lower part with high strength.
  • AFP steel Since the structure of the AFP steel is adjusted by appropriate heat management during the forging process, there are lower parts for large components with the appropriate wall thickness Built pistons with a diameter of 250 mm or more may be considered as such - the risk that the desired structure will not occur over the entire cross-section and the strength will be correspondingly lower than expected.
  • Titanium can be added to the AFP steel as a means of adjusting the desired structure - in particular with regard to the grain size.
  • the 38MnVS6 steel has proven to be an inexpensive AFP steel.
  • bushings in the hub area can be dispensed with if the piston pin and / or the pin hubs are coated.
  • phosphating is thought of.
  • the lower part material according to the invention also makes it possible to increase the surface pressures in the bolt area.
  • the lower length of the piston built is advantageously reduced to less than 40% of the piston diameter, since this saves weight and avoids problems with forging technology. Due to the higher modulus of elasticity of steel compared to gray cast iron and aluminum, an equivalent straight guidance is nevertheless achieved.
  • One or more recesses for receiving cooling oil are machined in the bottom part of the base.
  • the diameter range for lower parts according to the invention starts at approximately 160 mm. Due to the increased material strength, the wall thicknesses can be locally smaller compared to cast lower parts. However, the tightening bevels required for forging sometimes also result in higher wall thicknesses.
  • the invention is explained in more detail below on the basis of an exemplary embodiment. It shows:
  • Fig. 1 shows a piston built according to the invention in cross section in the DR-GDR direction.
  • a built piston 1 consists of an upper part 2 made of forged steel, which is connected to a lower part 3 made of forged AFP steel with a centrally arranged screw 4.
  • the lower part is made without a socket.
  • the lower length of the lower part is less than 40% of the piston diameter.

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Abstract

Bei einem gebauten Kolben mit einem Oberteil aus Stahl und einem mit dem Oberteil verschraubten Unterteil, das die Naben beinhaltet, soll das Unterteil bezüglich Festigkeit und Freiheit von Werkstofffehlern verbessert werden und wirtschaftlich herstellbar sein. Hierzu besteht das Unterteil aus AFP-Stahl, vorzugsweise nach DIN EN 10267 und mit Titanzusatz und es sind die Naben des Unterteils vorzugsweise nicht mit Buchsen bewehrt.

Description

Gebauter Kolben
Die Erfindung betrifft gebaute Kolben nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Derartige Kolben sind aus der Praxis bekannt .
Die bekannten Kolben weisen meist Unterteile aus gepreßtem Aluminium oder aus Gußeisen auf. Es hat sich gezeigt, daß die bekannten Unterteile festigkeitsmäßig zunehmend an Grenzen stoßen und daß insbesondere bei Unterteilen aus Gußeisen diese Grenzen durch - trotz erhöhten Prüfaufwands - kaum auszuschließende Gießfehler gegeben sind.
Die Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, firrr gattungsgemäße Kolben ein Unterteil bereitzustellen, das den erhöhten Festigkeitsanforderungen genügt.
Eine Lösung dieses Problems wird bei gattungsgemäßen Kolben durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Durch die schmiedetechnische Herstellung des Unterteils in Verbindung mit dem Werkstoff AFP-Stahl wird ein wirtschaftlich herstellbares Unterteil mit hoher Festigkeit bereitgestellt.
Da das Gefüge des AFP-Stahls durch entsprechende Wärmeführung beim Schmiedeprozeß eingestellt wird, besteht bei großen Bauteilen mit entsprechender Wandstärke - Unterteile gebauter Kolben ab 250 mm Durchmesser dürfen als solche gelten - die Gefahr, daß sich nicht über den gesamten Querschnitt das gewünschte Gefüge einstellt und die Festigkeit entsprechend niedriger als erwartet ausfällt.
Als Mittel zur Einstellung des gewünschten Gefüges - insbesondere hinsichtlich der Korngröße - kann gemäß Anspruch 3 dem AFP-Stahl Titan zugesetzt werden. Als günstiger AFP- Stahl hat sich der Stahl 38MnVS6 erwiesen.
Gemäß Anspruch 4 kann auf die Verwendung von Buchsen im Nabenbereich verzichtet werden, wenn der Kolbenbolzen und/oder die Bolzennaben beschichtet sind. Dabei ist insbesondere an Phosphatieren gedacht .
Durch den erfindungsgemäßen Unterteil-Werkstoff ist es außerdem möglich, die Flächenpressungen im Bolzenbereich zu erhöhen.
Vorteilhaft wird die untere Länge des gebauten Kolben auf weniger als 40 % des Kolbendurchmessers zurückgenommen, da hierdurch Gewicht eingespart wird und schmiedetechnische Probleme vermieden werden. Durch den höheren E-Modul von Stahl im Vergleich zu Grauguß und Aluminium wird dennoch eine gleichwertige Geradführung erreicht.
Im Unterteilboden werden spanend eine oder mehrere Ausnehmungen zur Aufnahme von Kühlöl eingebracht.
Der Durchmesserbereich für erfindungsgemäße Unterteile beginnt bei ca. 160 mm. Bedingt durch die erhöhte Werkstofffestigkeit können lokal - verglichen mit gegossenen Unterteilen - die Wandstärken geringer sein. Allerdings werden durch die zum Schmieden notwendigen Anzugsschrägen teilweise auch höhere Wandstärken erreicht . Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungs- beispiels näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen erfindungsgemäßen gebauten Kolben im Querschnitt in DR-GDR-Richtung .
Ein gebauter Kolben 1 besteht aus einem Oberteil 2 aus geschmiedetem Stahl, das mit einem Unterteil 3 aus geschmiedetem AFP-Stahl mit einer zentral angeordneten Schraube 4 verbunden ist. Das Unterteil ist buchsenlos ausgeführt.
Die untere Länge des Unterteils beträgt weniger als 40 % des Kolbendurchmessers .
Da Oberteil 2 und Unterteil 3 gleichsinnig schraffiert sind, wurde die Trennfuge zwischen beiden durch eine stärkere Strichstärke hervorgehoben.

Claims

Patentansprüche
1. Gebauter Kolben mit einem Oberteil (2) aus Stahl und einem mit dem Oberteil verschraubten Unterteil (3), das die Naben beinhaltet, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterteil (3) aus fließgepreßtem oder geschmiedetem, ausscheidungshärtendem ferritisch perlitischem Stahl (AFP-Stahl) besteht.
2. Gebauter Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff des Unterteils (3) ein AFP-Stahl nach Stahl-Eisen-Werkstoffblatt DIN EN 10267 ist.
3. Gebauter Kolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der AFP-Stahl zusätzlich einen Titan-Anteil von 0,01-0,05 Gew.-% aufweist.
4. Gebauter Kolben nach Anspruch 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Naben des Kolbens (1) nicht mit Buchsen bewehrt sind und daß der Bolzen und/oder die Nabenbohrungen des Kolbens (1) beschichtet sind.
5. Gebauter Kolben nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, daß die Nabenbohrungen und/oder der Bolzen des Kolbens (1) phosphatiert sind.
6. Gebauter Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die maximal auftretende Flächenpressung in der Nabe
> 85 N/mm ist.
7. Gebauter Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Länge, d. h. die in Axialrichtung des Kolbens (1) gemessene Distanz zwischen Mitte der Bolzenachse bis zum Schaftende < 40 % des Kolbendurchmessers ist.
8. Gebauter Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterteil lokal (3) variierende Anzugsschrägen aufweist .
. Gebauter Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterteil (3) in dem dem Oberteil (2) benachbarten Bereich eine oder mehrere Ausnehmungen zur Aufnahme von Kühlöl aufweist, die durch spanende Bearbeitung hergestellt sind.
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