用于内燃机的多部段式活塞的制作方法
本发明涉及一种用于内燃机的多部段式活塞。
背景技术：
现有技术中已知用于内燃机的多部段式的且特别是两部段式的活塞。例如在文献de102013218764a1中就公开了一种两部段式活塞，该两部段式活塞由活塞上部部分和活塞下部部分所构成。在将两个活塞部分连接到一起的状态下，由于经过设计的分界面
技术实现要素：
从该现有技术出发，本发明的任务在于提出一种多部段式活塞，其提供了得到改善的分界面几何形状。
根据第一方面，本发明涉及一种用于内燃机的多部段式的，特别是两部段式的活塞。这里，该活塞一般具有纵轴线。此外，该活塞还具有包括封闭的活塞底部的活塞外部部分，该活塞底部在安装好的状态下限定燃烧室，并且该活塞具有活塞护套，该活塞护套从活塞底部轴向延伸出来。在本发明的范畴中，关于“封闭的”活塞底部尤其被理解为其完整且无缝，即一体式的设计方案。活塞还具有活塞内部部分，该活塞内部部分在安装完成的状态下与活塞连杆(pleuelstange)相连接。关于纵轴线径向限定活塞的外表面仅通过活塞外部部分的活塞护套的至少一部分形成。在轴向上看(也就是在朝向活塞或者沿着纵轴线的视线方向上看)活塞内部部分时，该活塞内部部分被设置成完全位于活塞护套或者其护套表面的径向内部。
因此，借助根据本发明的设计方案提出了一种多部段式活塞的新式安装变型。不同于具有活塞上部部分和活塞下部部分的多部段式活塞的常规设计方案，本发明提出了单独的、限定外表面或者护套表面的活塞外部部分，在其内部-至少在轴向上看时-设置有为连接活塞连杆而设的活塞内部部分。因此，分界线仅在活塞的外护套表面内部延伸，并且特别是不会到达活塞护套的外侧(即其护套表面)或活塞底部的外侧。这特别是通过以下方式，即活塞外部部分被实现为具有整个活塞护套或者活塞裙部并由此具有活塞的整个外护套表面(＝外表面)，而同时用于提供螺栓孔叉(bolzenlochgabel)的活塞内部部分在纵向上看被实现在活塞护套的径向内部。因此，接合位置在任何情况下都存在于关键的活塞区域以外，并且特别是不在活塞底部或活塞护套中。
通过活塞外部部分的活塞护套所形成或者限定的活塞的外表面优选将汽缸撑紧(aufspannen)，整个活塞内部部分被设置在汽缸内部。这种圆柱形的设计方案使得有可能得到一种与内燃机的汽缸孔有利地对应的外几何形状，以便能够实现活塞在汽缸内部的良好引导。
活塞内部部分被至少部分地设置在活塞外部部分的径向内部，最好设置在活塞护套或者其护套表面的径向内部。就此而言，活塞内部部分至少部分地容纳在活塞外部部分中，并由此可靠地置于活塞外部部分中。由此能够实现一种可靠且紧凑的活塞几何形状。
活塞护套优选与活塞底部形成在朝向活塞底部相反一侧单侧打开的并且最好基本上呈圆柱形的空腔，在该空腔内部至少部分地容纳有活塞内部部分。通过这种方法，能够实现一种具有容易制造几何形状的活塞部分，其具有在两个活塞部分之间的、易于连接的分界面。
在特别优选的设计形式中，在活塞外部部分与活塞内部部分之间的分界面被形成为截面基本呈u形，并且还优选被形成为关于纵轴线是镜像对称的。由此，活塞外部部分的容纳活塞内部部分的一部分基本上形成“罐”的形式，在所述部分中能够以简单的方式相应地容纳活塞内部部分。
活塞外部部分，特别是活塞护套优选具有从活塞底部轴向延伸出的环带，以及从该环带进一步轴向延伸出的活塞裙部。环带和活塞裙部优选形成活塞护套。环带和活塞裙部中的至少一者(最好至少活塞裙部)形成活塞在径向上限定的外表面或者活塞护套的相应部分。环带优选具有至少一个且最好至少两个或三个环形的径向凹槽，以容纳活塞环。换言之，活塞外部部分形成活塞的在径向上位于外侧的所有区域(例如活塞底部，活塞护套)。此处，使用朝向燃烧室方向的压缩环或者密封环以及在燃烧室反向的排油环作为活塞环。一般来说，优选设置两个压缩环或者密封环和一个排油环。由于在环带或活塞裙部的区域中或在该区域附近不再存在分界接缝，使得在构造环带时并且特别构造容纳活塞环的环形凹槽时有更大的自由度。
活塞外部部分和活塞内部部分在连接到一起的状态下限定环形的冷却通道。此处，该冷却通道可作为朝向活塞内部部分的环形(轴向)凹槽被实现在活塞外部部分中。该凹槽则通过一对应的区域-例如平坦表面或者朝活塞底部打开的环形凹槽-限定活塞内部部分朝向活塞外部部分的侧面，以便形成冷却通道。因此能够通过简单地安装活塞外部部分和活塞内部部分来实现活塞的冷却通道。由此，冷却通道能够被容易地且没有咬边(hinterschnitt)地加工或实现。
活塞护套的且特别是活塞裙部的在轴向上与活塞底部反向的端部可具有多个在圆周上分布设置的活塞裙部区域。此处优选形成有两个或多个活塞裙部区域，这些活塞裙部区域被设置成最好在活塞或者活塞外部部分的圆周上均匀分布。此处，活塞裙部区域按照与内燃机汽缸的汽缸孔的对应轮廓相对应的活塞的外表面或者活塞护套的护套表面，以便确保在通过多部段式设计实现材料节约的同时还有充分的引导能力。
在其在周向上看对置的端部，活塞裙部区域优选具有在径向上朝向纵轴线-也就是向内-伸出的加强部分。该加强部分特别在工作期间保证了活塞裙部区域的稳定，以便使得在相应的汽缸孔中有可能实现足够精确的滑动引导。
活塞内部部分优选具有朝向活塞底部的基部区域，在朝向活塞底部反向的一侧从该基部区域延伸出活塞销凸台(kolbenbolzennaben)，以便容纳将活塞与活塞连杆相连接的活塞销。基部区域优选形成为基本呈环形。由此实现出一种几何形状简单、节省材料和技术上有效设计的活塞内部部分，其具有活塞销支撑结构(kolbenbolzenlagerung)，该活塞内部部分能通过简单的方式插入活塞外部部分。
活塞内部部分并且特别是基部区域能够具有在径向上呈环形的外接触表面，该外接触表面与活塞护套并且特别是其环带在径向上呈环形的内接触表面至少部分地存在面接触。通过这种方式能够将活塞内部部分和活塞外部部分简单且可靠地连接在一起。因为接合位置或者分界面不承受大的拉力，所以此处用于将活塞外部部分与活塞内部部分相连接的、相对小的接触表面就足够了。
活塞内部部分并且特别是活塞销凸台能够具有在径向上朝外的支承面，该支承面与活塞护套并且特别是其活塞裙部或者加强部分在径向上朝内的支承面至少部分地存在面接触。则加强部分的支承作用在必要情况下能由此传递到位于中央的活塞内部部分，从而使得实现整体稳定的活塞护套或者活塞裙部；特别是当所述活塞裙部形成有多个活塞裙部区域时尤其如此。
活塞内部部分并且特别是基部区域能够具有朝向活塞底部的第一轴向连接面，该第一轴向连接面与活塞外部部分的并且特别是活塞底部的朝向活塞内部部分的第二轴向连接面至少部分地存在面接触。通过这种方式实现了用于形成两个活塞部分的接合位置或者分界面的、相对大面积的接触区域，以便实现特别用于接收拉力的、活塞部分的可靠连接。
活塞外部部分和活塞内部部分能够被可分离地或不可分离地彼此连接。例如，将螺纹连接(借助于螺纹、锁销和类似物)和锁扣连接(例如借助于锁扣凸起和锁扣凹陷)和类似连接方式用作可分离的连接方式。可设想例如将熔焊连接、钎焊链接、粘合连接和铆钉连接作为不可分离的连接方式。还可设想套上(aufschrumpfen)或者缩合(einschrumpfen)或者(径向)压配合。此外还可设想的是，将前述连接方式任意组合使用。
由于活塞的多部段式设计有可能的是，活塞外部部分和活塞内部部分由不同的材料实现。由于活塞外部部分具有所有高要求的活塞区域，也就是与燃烧室和汽缸壁相关的或者具有相应表面的区域，所以活塞外部部分优选由金属，特别是钢，例如耐高温钢制成。优选由活塞外部部分所遮蔽的活塞内部部分例如能够由其它材料制成，其特别根据与通过连杆连接的曲轴的共同作用的机械负荷来选择。因此，活塞内部部分例如可由金属，例如钢或非铁金属(ne金属)或者由合成材料，例如纤维加强的合成材料制成。
根据另一方面，本发明同样涉及一种制造根据本发明的活塞的方法，其中：首先实现活塞外部部分和活塞内部部分；随后将活塞内部部分插入活塞外部部分；以及，最后将两个活塞部分彼此连接，特别是接合在一起。
附图说明
本发明的其它设计方案和优点将在下面根据如附图中的示意图所示的实施例进行描述。所述附图示出：
图1示出根据一实施例的根据本发明的活塞的透视分解图；
图2是在如图1所示的视线方向ii上以分解视图显示的、根据图1的活塞的透视截面图；以及
图3是在如图1所示的视线方向iii上显示的、根据图2的活塞的侧向截面图。
具体实施方式
附图示出了根据本发明的用于内燃机的多部段式活塞1。如图3所示，活塞1具有纵轴线l。该纵轴线l对应于在工作期间内燃机的汽缸中的活塞1的升降轴线。
此处所示的活塞1具有两个活塞部分10、20。首先，具有封闭的活塞底部11的活塞外部部分10，其在安装好的状态下-也就是被插入到内燃机的汽缸的汽缸孔中时-限定了燃烧室。如前所述，在本发明的范畴中，关于“封闭”被理解为活塞底部11以一体且特别是不存在接合位置的方式实现的。活塞底部11优选具有燃烧室凹部12。然而还可设想的是，活塞底部11按照其使用目的形成有活塞顶部或者活塞冠部。活塞外部部分10还具有从活塞底部11轴向-也就是在纵轴线l的方向上-延伸出的活塞护套13。关于纵轴线l径向限定活塞1的外表面2-也就是活塞护套13的护套表面-如特别在图3所示的，仅通过活塞外部部分10的活塞护套13中的至少一部分形成。由此，活塞外部部分10形成了活塞1在径向上位于外侧的所有区域或者作用面。
特别地，活塞外部部分10，优选活塞护套13可具有从活塞底部11轴向延伸出的环带14，以及从该环带14进一步轴向延伸出的活塞裙部15。此处，环带14和活塞裙部15优选形成活塞护套13。环带14和活塞裙部15中的至少一者形成活塞1在径向上进行限定的外表面2。按常规方式，环带14能够具有-如未在附图中示出的-至少一个、优选至少两个并且特别优选至少三个环形的径向凹槽，以容纳相应的活塞环。通常，环带相应地具有三个在轴向上间隔开的环形凹槽，其中两个朝向活塞底部11的环形凹槽用于容纳压缩环或者密封环，并且远离活塞底部11的环形凹槽用于容纳排油环。
活塞外部部分10优选由金属，特别是由钢(比如耐高温钢)所制成。特别地，活塞外部部分10由根据功能需求而相应选择的材料制成。因此，该材料必须相应是耐高温的，以便在燃烧室的侧面上抵挡给定的温度和温度波动。此外，活塞外部部分10至少在其外表面2的区域中-也就是在活塞护套13的区域中-必须被形成为耐磨损的，以便通过与内燃机的汽缸壁的共同作用保证在内燃机的使用寿命期间长久使用。基本上还可设想的是，对活塞外部部分10的相应区域，也就是一方面对活塞底部11和另一方面对活塞护套13，进行适当的处理；例如通过硬化或涂层来进行处理。
此外，活塞1具有活塞内部部分20，该活塞内部部分20在安装好的状态下与活塞连杆相连接。活塞内部部分20能够由金属，比如钢或非铁金属(ne金属)，或由合成材料，比如纤维加强的合成材料制成。特别地，对于活塞1的多部段式设计方案有利的是，两个活塞部分10、20优选由不同的材料制成，所述不同的材料根据两个活塞部分10、20各自的需求进行相应的最优选择。
如可特别从图3中看出的，活塞内部部分20被设置成从轴向上看，也就是在纵轴线l的方向上看，完全在活塞护套13的径向内部。以这种方式能够可靠实现的是，在活塞部分10、20之间的接合位置或者分界面t被实现在关键区域以外(此处所述关键区域为活塞1通过活塞护套13形成的外表面2以及活塞底部11)。而且，相应的接合位置或者分界面t还被实现成是方便达到的。正如在图3中可看出的，在活塞外部部分10与活塞内部部分20之间的分界面t可被形成为截面基本呈u形并且特别优选关于纵轴线l是镜像对称的。由此在活塞1的关键区域以外实现尽可能大面积的分界面t，以便将两个安装在一起的活塞部分10、20彼此可靠地连接并且保持该连接。
如在图3中示例性示出的，通过活塞外部部分10的活塞护套13形成的活塞1的外表面2优选将汽缸z撑紧。如该图中所示的，此处整个活塞内部部分20优选被设置在汽缸z内部。因此，此种圆柱形的设计方案给予活塞外部部分10或者活塞护套13一种适于其在内燃机汽缸的汽缸孔内部引导的形式，而同时活塞内部部分20可靠地容纳在汽缸z内部，也就是活塞护套13内部，以便避免在活塞外部部分10的外侧边缘区域上的接合位置在径向侧面(也就是在活塞护套13的侧面上)以及在轴向上位于活塞底部11的侧面上。如在图3中示例性地表明的，活塞内部部分20可至少部分地设置在活塞外部部分10的径向内部并且优选在活塞护套13的径向内部。因此，活塞内部部分20至少部分被可靠地容纳在活塞外部部分10内部，并因此优选从活塞1的关键区域被遮蔽。这使得活塞内部部20的设计方案(几何形状、材料选择等等)能够有很大的差异，原因就在于所述活塞内部部20和活塞1的关键区域分离，特别是和与汽缸孔和燃烧室相互作用的关键区域分离。
优选地，活塞护套13与活塞底部11形成在朝向活塞底部11相反一侧打开的，也就是基本上呈罐形的并且优选基本上呈圆柱形的空腔3，正如可特别在图1中看出的。在该空腔3内部至少部分地容纳有活塞内部部分20，并因此可靠地保持在活塞外部部分10内部。此外，能够由此简单地实现将两个活塞部分10、20连接到一起。
正如特别在图1中所示的，活塞护套13的(此处特别是活塞裙部15)的在轴向上与活塞底部11反向的端部具有多个在圆周上分布设置的活塞裙部区域150、151。根据该实施方式，实现有两个活塞裙部区域150、151，这两个活塞裙部区域优选为相对的。特别地，活塞裙部区域150、151被设置成优选在活塞1或者活塞外部部分10的圆周上(优选均匀地)分布。通过这种方式，确保了活塞1在内燃机的汽缸中节省材料而同时又可靠的引导。
活塞裙部区域150、151还优选在其(在周向上看对置的)端部150a、150b、151a、151b上具有在径向上朝向纵轴线l，也就是向内伸出的加强部分152、153。该加强部分特别用于稳定活塞裙部区域150、151，该活塞裙部区域150、151在工作时与内燃机的汽缸的内壁，也就是汽缸孔，共同作用。
正如特别在图1中示出的，活塞内部部分20具有朝向活塞底部11的基部区域22。该基部区域22优选被形成为基本呈环形。在与活塞底部11反向的一侧23上从基部区域22延伸出活塞销凸台24、25，以便容纳将活塞1与活塞连杆相连接的活塞销。为此，活塞销凸台24、25分别具有活塞销孔5、6。
特别地，为了连接或者接合两个活塞部分10、20，活塞内部部分20，特别是其基部区域22具有在径向上呈环形的外接触表面220。该外接触表面220优选形成为闭合的周向环形。该外接触表面220优选与活塞护套13(最好是环带14)在径向上呈环形的内接触表面140至少部分地存在面接触。
活塞内部部分20，特别是活塞销凸台24、25，能够具有在径向上朝外的支承面240、250，该支承面与活塞护套13(最好是活塞裙部15并且特别是加强部分152、153)的在径向上朝内的支承面154、155至少部分地存在面接触。这特别在图3的截面图中有所显示。通过这种方式，加强部分152、153并且特别是活塞护套13优选至少在活塞裙部15的区域中被可靠地向内支撑，以便在工作期间也能够整体稳定活塞护套13。
活塞内部部分20(特别是基部区域22)优选具有朝向活塞底部11的第一轴向连接面210，该第一轴向连接面210与活塞外部部分10(最好是活塞底部11)朝向活塞内部部分11的第二轴向连接面110至少部分地存在面接触。如图所示，能够通过这种方式在活塞部分10、20之间形成尽可能大面积的分界面t，以便将活塞部分10、20彼此可靠地连接。特别地，对于可靠地连接活塞部分10、20而言，如此形成的、用于仅承受较小拉力的活塞1的分界面t就足够了。
活塞外部部分10和活塞内部部分20例如能够通过其内外接触表面140、220和/或其支承面154、155、240、250和/或其轴向连接面110、210彼此连接。活塞部分10、20优选被可分离或不可分离地彼此连接。特别地，将螺纹连接和锁扣连接称为可分离的连接方式。而不可分离的连接方式则例如是熔焊连接、钎焊链接、粘合连接或者铆钉连接。此外还可设想的是，特别在内外接触表面140、220的区域中将活塞内部部分20收入活塞外部部分10中或者将活塞外部部分10套上活塞内部部分20或者使活塞部分10、20(径向)压配合。此外还可设想的是，将前述连接方式任意组合使用。
如特别在图3中所示的，活塞外部部分10和活塞内部部分20在连接或接合到一起的状态下限定了环形的冷却通道4。此处，冷却通道4可作为朝向活塞内部部分20的轴向或者环形的凹槽40被实现在活塞外部部分10中。凹槽40则通过在活塞内部部分20朝向活塞外部部分10的侧面21上的、相应的且优选同样是环形的区域41限定，以便恰好形成闭合的环形冷却通道4。此处，如图3所示，区域41同样能够作为朝向活塞底部11的环形(轴向)凹槽实现。
活塞1优选具有从冷却通道4延伸出的开口或者孔(油孔)42，其用于导入或导出冷却介质，例如特别是机油。除了所示开口42之外，可设想最好还有其它开口。此处，开口42在活塞底部11的方向上优选从区域41延伸出来。为此，开口42最好在活塞内部部分20中形成，并且在工作时将冷却通道4和与燃烧室反向的空间流体连接，冷却介质通过所述开口提供。开口42被设置成优选径向向内与接触表面220间隔开。然而，开口42也能够中断外接触表面220。然而，这种中断不会影响或者不会显著影响在一侧的活塞内部部分20或者基部区域22的外接触表面220与在另一侧的活塞护套13或者环带14的内接触表面140之间的至少部分的面接触。
在下面将描述用于制造根据本发明的多部段式活塞1的方法。在第一步中，实现如前所述的活塞外部部分10和活塞内部部分20。其中活塞部分10、20优选借助于成型技术，例如锻造来制造。活塞部分10、20的前述几何设计使得有可能特别简单地制造该活塞部分10、20，其具有易于到达的、用于连接的活塞部分10、20的分界面t。然而，还可设想的是，活塞部分10、20可供选择地或额外地借助于一次成型技术或者切削加工技术来实现。总的来说，活塞外部部分10和活塞内部部分20借助于一次成型技术、成型技术和/或切削加工技术来实现。
在第二步中，优选将活塞内部部分20插入活塞外部部分10。通过将活塞内部部分20插入活塞外部部分10，优选在活塞外部部分10与活塞内部部分20之间形成或者实现冷却通道4。
最后将活塞部分10、20彼此连接。如前所述，将活塞外部部分10和活塞内部部分20可分离地或不可分离地彼此连接，优选彼此(径向)压配合连接、螺纹连接、锁扣连接、熔焊连接、钎焊链接、粘合连接和/或铆钉连接。
本发明不限于根据本发明的多部段式活塞1的前述实施方式，只要其包括在所附权利要求的主题中。特别地，本发明的技术特征能够以任意方式彼此互换和组合。
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