包括内部部件和外部部件的活塞的制作方法

本发明涉及一种用于内燃机活塞的新颖结构。

内燃机活塞一体地、例如通过铸造制造。此外，已知这样制造即用型一件式活塞，即制造上部和下部部件并且将它们不可拆卸地在水平平面中连接。

由de102016116046a1已知一种包括活塞环区、活塞裙部以及用于容纳活塞销的活塞销座的活塞，该活塞由两个部件制成，它们彼此分开制造并且不可拆卸地连接成一件式活塞。

平面(在该平面中上部和下部部件不可拆卸地彼此连接)水平地延伸，即横向于活塞的活塞冲程轴线。

本发明所基于的任务在于提供一种用于内燃机活塞的新颖结构和一种相应的制造方法。

所述任务通过两个独立权利要求的特征解决。在活塞方面根据本发明规定，所述活塞包括具有活塞环区和活塞裙部的外部部件，在该外部部件中(尤其是参照活塞冲程轴线同心地)插入具有活塞销座和销孔的内部部件，这两个部件在至少一个竖直平面中不可拆卸地连接。基于连接平面的竖直定向，作用在活塞上的应力、尤其是燃烧期间的拉力和压力可与水平连接平面的情况相比显著更好地被吸收和传递。此外，在设计这两个部件时产生更大的几何自由度，因为需要制造或加工的两个部件的宽阔区域比两个分开制造的在水平平面中连接的部件更易于接近。两个彼此相对置的活塞销座及其相应销孔因此至少部分、尤其是完全被外部部件的活塞裙部包围。在此情况下，活塞裙部具有凹口、优选两个相对置的凹口，通过所述凹口，活塞销可插入销孔中，以便通过活塞销连接活塞连杆与活塞。代替大致或完全为圆柱形的活塞裙部(具有至少一个用于安装活塞销的凹口)，也可考虑支承的裙壁区段，它们从外部部件的上部区域延伸至其下端部(该下端部同时也可以是活塞的下端部)。

两个部件可由相同材料或不同材料制成。这同样适用于其制造方法。两个部件也可参照活塞轴线对称地构造，但并非必须如此。

在一种特殊实施方式中，所述构成活塞的两个部件(外部部件和内部部件)的两个端部从活塞的(面向燃烧室的)上端部起延伸至其(面向曲轴箱的)下端部。外部部件不构造为本身已知的环形元件，其仅在活塞上部区域中(例如在刮油环上方或活塞环区本身上方)围绕内部部件设置和固定。

在本发明的扩展方案中原则上规定，所述活塞包括冷却通道，在此情况下提供替代方案：所述冷却通道仅由内部部件形成或仅由外部部件形成，或这样设计内部和外部部件，使得在它们连接之后产生冷却通道。在最后一种情况下这意味着内部和外部部件都用于形成冷却通道、更准确地说是冷却通道壁。

在本发明的扩展方案中规定，所述两个部件之间的至少一个连接部位、优选环绕的连接部位由这两个部件形成并且具有彼此对应的几何形状，这些几何形状选择成，使得在内部部件插入外部部件中时在连接部位区域中产生形锁合连接。无需进一步的接合过程、如熔焊或钎焊或类似过程，因为这两个部件通过适合的接合方法彼此形锁合地连接。但可选地，可额外实施材料锁合的连接方法。

在活塞制造方法方面根据本发明规定，所述活塞包括具有活塞环区和活塞裙部的外部部件，在该外部部件中(尤其是参照活塞冲程轴线同心地)插入具有活塞销座和销孔的内部部件，在此之后这两个部件在至少一个竖直平面中不可拆卸地连接。

因此根据本发明提供所述至少一个连接平面的新颖定向和连接后形成成品活塞的两个部件的设计，在此适用上面已就活塞本身所描述的相同优点。

与此相对本发明基于这样的思想，即所述至少一个分界面不再是水平地、而是基本上竖直地构造。

制造大致圆柱形的外部部件，内部部件(特别是参照活塞冲程轴线同心地)插入外部部件中、固定在其位置中并且不可拆卸地与外部部件连接。

大致圆柱形的外部部件具有重要的活塞元件、如活塞环区、活塞裙部和类似物。

内部部件也具有活塞的重要元件、如燃烧室凹腔、但尤其是活塞销座和位于其中的销孔。

两个部件可在其配置给内燃机燃烧室的上部区域中具有这样的几何形状，其单独或在连接后一起形成环形环绕的冷却通道。外部部件和/或内部部件中形成冷却通道的几何形状可自由接近以进行加工，从而可实现冷却通道的任何更为复杂的形状。

为了不可拆卸地连接内部部件与外部部件，存在许多可能性。可考虑所有力锁合和/或形锁合以及所有材料锁合的方法。

在图1和2中以两个不同的视图示出本发明活塞1的一种实施例。该活塞1包括外部的、大致为圆柱形的外部部件2，内部部件3插入该外部部件2中并且相对于外部部件2到达其规定位置。

在内部部件3插入外部部件2中后，这两个部件2、3在至少一个连接部位处彼此连接，使得这两个部件2、3之间不能再进行相对运动。可考虑仅一个连接部位，优选一个环绕的连接部位。尤为有利的是，两个部件2、3通过两个连接部位v1、v2彼此连接，这两个连接部位优选都构造成环绕的并且位于不同的平面中。另外，所述至少一个连接部位v1、v2的定向不再是水平的，而是竖直的。两个部件2、3在连接部位v1、v2中彼此连接的方式可以相同，但也可彼此不同。

此外，这样设计两个部件2、3，使得它们形成常见的活塞元件、如活塞环区4、燃烧室凹腔5、冷却通道6、活塞裙部7、具有销孔9的活塞销座8以及可能的其它活塞元件。

以附图标记10表示活塞冲程轴线并且以附图标记11表示销轴线。

在图3和4中再次单独示出嵌套之前的两个部件2、3。图3示出外部部件2，在此可以看出该部件构造成大致圆柱形的。该部件优选是铸造或锻造的，但不排除其它制造方法。

图4示出内部部件3，其也可以任何适合的制造方法如铸造、锻造或类似方法实现。

在观察图3和4时应指出，外部部件2在内部部件3的活塞销座8连同其销孔9所在的区域中留空，以便能够实现一种接近可能性以将销安装到销孔9中。

图5至10示出两个部件2、3之间的连接部位v1区域中示例性的不同几何形状。尤其是这样选择所示几何形状，使得在内部部件3插入外部部件2中时在连接部位v1的区域中产生形锁合，由此不再需要另一接合过程、如熔焊或钎焊或类似过程。因而两个部件2、3的材料锁合连接仅在连接部位v1和/或v2的这样的区域中进行，在那里通过钎焊、熔焊、粘接或类似方法实现不可拆卸的连接。相反也可考虑，这样设计连接部位v1和/或v2的几何形状，使得代替形锁合仅可通过钎焊、熔焊、粘接或类似方法实现材料锁合连接。

根据这两个部件2、3的几何形状设计，在所述至少一个连接部位区域中、尤其是在两个连接部位v1、v2区域中可考虑相同的连接方法、如上述熔焊、钎焊或粘接或热压配合或类似方法。但这并非必须的，因此在所述至少一个、优选两个连接部位v1、v2区域中也可使用不同的不可拆卸的连接方法。

图5至10中示出的在连接部位v1区域的几何形状的优点在于，在活塞1沿活塞冲程轴线10的上下运动时外部部件2可支撑在内部部件3上，反之亦然。

总的来说，通过这种活塞的新颖设计减少了材料使用，从而可以减少坯件的重量。此外，与已知的活塞相比可实现更低成本的制造，在此基于两个部件2、3的形状，首先构成两个部件2、3的坯件的所有区域都易于接近以进行相应的加工。

当然，当两个部件2、3设置在其相对于彼此的位置中并且不可拆卸地连接时，对活塞1进行最后加工并使其符合尺寸。这尤其是涉及接合凸缘的去除，只要其出现并且构成干扰。

附图标记列表

1活塞

2外部部件

3内部部件

4活塞环区

5燃烧室凹腔

6冷却通道

7活塞裙部

8活塞销座

9销孔

10活塞冲程轴线

11销轴线