DD243530A1

DD243530A1 - Eisenkolben fuer hubkolbenbrennkraftmaschinen

Info

Publication number: DD243530A1
Application number: DD28447685A
Authority: DD
Inventors: Wolf Fussan; Oswald Kubatschka; Hans-Georg Luedecke; Guenther Eberhard; Josef Jahn; Klaus Hellwig
Original assignee: Ifa Motorenwerke
Priority date: 1985-12-17
Filing date: 1985-12-17
Publication date: 1987-03-04

Abstract

Die Erfindung bezieht sich vor allem auf Kolben fuer Hochleistungsdieselmotoren in Nutzkraftwagen und strebt einen hoeheren Gebrauchswert bezueglich der Standzeit an. Die technische Aufgabenstellung, diesen erhoehten Forderungen mit vertretbarem Herstellungsaufwand zu entsprechen, wird durch ein Buendel konstruktiver Merkmale geloest. Dazu gehoert, dass der mit zentral angeordnetem, rotationssymmetrischem Brennraum ausgefuehrte Kolben mit von der Kolbenringzone abgesetzten Fuehrungsschaftrudimenten aus einem Kolbenoberteil als Stahlschmiede- bzw. Stahlfeingussteil und aus einem gusseisernen Kolbenunterteil besteht, wobei die Trennebene durch den durchmssergroessten Teil des Brennraumes verlaeuft und die Beruehrungsflaechen vorzugsweise fuer eine Reibschweissverbindung vorbereitet sind. Das Kolbenunterteil weist ausserdem eine angegossene, umlaufende Fangrinne fuer von unten eingespritztes Schmieroel auf; diese Fangrinne beginnt wenig unterhalb der Trennebene und erstreckt sich, nach aussen ansteigend, bis zur Kolbenringzone, ohne diese allerdings zu erreichen. Figur

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf Kolben,.wie sie vor allem in Hochleistungsdieselmotoren für Nutzkraftwagen, Landmaschinen und ähnliche Arbeitsaggregate zum Einsatz kommen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist ein einstückiger Gußkolben bekannt, der zwischen Kolbenringzone und rudimentär ausgebildetem Führungsschaft eine umlaufende Unterbrechung aufweist (DD-PS 200037). Kolbenringzone und Kolbenboden sind über eine Fortführung des zentralen Kolbenbrennraumes mit den Bolzenlageraugen und dem Führungsschaft verbunden.

Die für festigkeitsmäßig hohe Belastungen konzipierten Kolben der beschriebenen Art erfordern in der Regel eine Kühlung, die in relativ einfacher Weise durch Anspritzen der Kolbenbodenunterseite mittels Schmieröl erfolgt. In diesem Zusammenhang ermöglicht eine Gußkolbenausführung gemäß DD-PS 91162 durch eine an die Kolbenringzone angegossene, sich zum Kolbenboden hin ansteigend nach innen erstreckende Fangrinne, daß angespritztes Kühlöl zurückgehalten und zur intensiveren Kühlung des Kolbens genutzt wird. Während bei der erstgenannten Kolbenausführung der Kühleffekt für höhere Belastungsfälle nicht ausreicht, gestaltet sich die durch eine Fangrinne ergänzte Kolbenvariante als gießtechnisch aufwendig. Generell unbefriedigend ist der Umstand, daß Grau- bzw. Sphärogußkolben angesichts der Thermoschockbelastung vor allem im Brennraumbereich einerseits und des Bestrebens nach massearmer Ausführung andererseits kaum einen akzeptablen Kompromiß zulassen.

Ziel der Erfindung

Durch die Erfindung soll ein Eisenkolben geschaffen werden, der hinsichtlich seiner thermischen wie festigkeitsmäßigen Standzeit einen höheren Gebrauchswert besitzt.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die technische Aufgabe der Erfindung besteht darin, den genannten Anforderungen mit vertretbarem Herstellungsaufwand gerecht zu werden.

Die Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ermöglicht, daß ein Eisenkolben mit zentralem, rotationssymmetrischem Brennraum und gegenüber dem rudimentär ausgebildeten Führungsschaft abgesetzter Kolbenringzone aus zwei Teilen aus unterschiedlichen Eisenwerkstoffen zusammengesetzt ist und nachstehende Merkmale gemeinsam aufweist:

— das aus Kolbenringzone, Kolbenboden und Brennraumöffnung bestehende Kolbenoberteil ist ein Stahlschmiedeteil bzw. ein Stahlfeingußteil, während das Kolbenunterteil aus Grau- bzw. Sphäroguß besteht,

— die zur Kolbenbodenoberseite parallele Trennebene zwischen Kolbenoberteil und -unterteil verläuft im wesentlichen durch den durchmessergrößten Teil des Brennraumes,

— das Kolbenunterteil besitzt eine vom trennebenennahen Umfang ausgehende, zur Kolbenringzone hin ansteigend ausgeführte, umlaufende, nach Komplettierung mit dem Kolbenoberteil einen ringförmigen Hohlraum bildende Fangrinefür durch eine Öffnung eingespritztes Kühlöl, wobei der Außendurchmesser der Fangrinne den Innendurchmesser der Kolbenringzone geringfügig unterschreitet und die Fangrinne oberhalb der Abflußöffnungen, die in der Ringnut für den Ölabstreifring angeordnet sind, endet,

— die Flächen von Koibenober- und -unterteil, die sich in der Trennebene berühren, sich vorzugsweise im Hinblick auf eine Reibschweißverbindung gestaltet.

Eine geringfügig außermittige Anordnung des rotationssymmetrischen Brennraumes hat keinen negativen Einfluß auf die Herstellung eines nach vorstehenden Merkmalen gestalteten Kolbens.

Eine erfindungsgemäße Besonderheit bezüglich der Trennebene besteht darin, daß die bei der Herstellung der Schweißverbindung aufeinanderliegenden Flächen von Kolbenober- und -unterteil konisch verlaufen, wobei eine unterschiedliche Konizität möglich ist.

Eine weitere Besonderheit stellt die Einarbeitung einer kleinen Stufe am Innenumfang des unteren Randes der Kolbenringzone dar, wobei sich diese Stufe dachförmig über den äußeren Umfang der Fangrinne erstreckt.

Das schließt eine erfindungsgemäß zum Kolbenboden nicht parallel, sondern geneigt angeordnete Fangrinne nicht aus, womit eine bessere Rundumverteilung des Kühlöles erzielbar ist.

Ein derart konzipierter Eisenkolben vereinigt in sich entscheidende Vorzüge. Das thermisch wie festigkeitsmäßig am stärksten beanspruchte Kolbenoberteil besteht aus einer thermoschockbeständigen Stahllegierung, die durch Schmieden oder Feinguß eine problemlose Herstellung der geometrisch vereinfachten Form erlaubt und insbesondere der Rißanfälligkeit des Kolbens im Bereich des Brennraumrandes wirkungsvoll begegnet. Für das thermisch weniger beanspruchte Kolbenunterteil gegnügt eine gußeiserne Ausführung, wobei die Kolbenteilung eine relativ einfache Gießtechnologie ermöglicht. , Während also eine Hohlraumstruktur bei den beiden Kolbenteilen vermieden wurde, ergibt sich diese in einfacher und doch funktionsgerechter Weise beim Zusammenfügen von Kolbenober- und -unterteil, deren Reibschweißverbindung ebenfalls eine aufwandsarme Technologie für große Stückzahlen darstellt. Infolge des Abstandes zwischen Fangrinne und Kolbenringzone ergeben die materialbedingt unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten keine Wärmespannungen. Schließlich ermöglicht die intensivere Kolbenkühlung einen niedrigen Feuersteg mit seinen vorteilhaften Auswirkungen auf Schadraum bzw. K raftstoff ö ko η ο m i e.

Ausführungsbeispiel

Anhand einer Zeichnung, die einen Kolben im Längsschnitt zeigt, wird die Erfindung näher erläutert.

Der erfindungsgemäße Eisenkolben besteht aus dem Kolbenoberteil 1 und dem Kolbenunterteil 2, die sich mit relativ kleinen, vorzugsweise ringförmigen Stirnflächen im Bereich der Trennebene 3 berühren. Dabei kann es aus technologischen Gründen zweckmäßig sein, diese Flächen konisch zu gestalten, wobei sowohl eine nach innen als auch eine nach außen geneigte Erstreckung möglich ist (in der rechten Hälfte der Schnittdarstellung ist die letztgenannte Variante dargestellt). Das vorzugsweise geschmiedete Kolbenoberteil 1 weist eine zentrisch im Kolbenboden 4 angeordnete Brennraumöffnung 5 des hyperboloidförmigen Brennraumes 6 sowie die Kolbenringzone 7-auf, deren unterste, für den Ölabstreifring vorgesehene Ringnut 8 Abflußbohrungen 9 besitzt. Das gußeiserne Kolbenunterteil 2 mit seinen Bolzenlageraugen 10 und den Führungsschaftrudimenten 11 beinhaltet außerdem die untere Ausrundung 12 des Brennraumes 6 sowie eine in diesem Bereich als umlaufend auskragend angegossener, dünnwandiger Rand vorgesehene Farigrinne 13, deren äußerer Umfang 14 sowohl über dem Niveau seines Ansatzes am Kolbenunterteil 2 als auch über der Ebene der Abflußbohrungen 9 in der Kolbenringzone 7 liegt und zum Innendurchmesser der Kolbenringzone 7 einen solchen Abstand aufweist, daß eine materialbedingt unterschiedliche Ausdehnung beim Kolbenbetrieb zu keiner störenden Berührung führen kann. Durch eine ausreichend große, zweckmäßigerweise trichterförmig ausgebildete Öffnung 15 in der Fangrinne 13 wird kühlendes Schmieröl in den von Fangrinne 13 und Kolbenoberteil 1 gebildeten Hohlraum 16 eingespritzt. Eine ausreichende Erneuerung der Kühlölmenge ergibt sich infolge des Äbfließens durch Abflußöffnungen 17 in der Fangrinne 13. Ein unbeabsichtigtes Abfließen durch den peripheren Ringspalt zwischen Fangrinne 13 und Kolbenringzone 7 läßt sich durch eine am Innenumfang der Kolbenringzone 7 eingearbeitete Stufe 18, die den äußeren Umfang 14 der Fangrinne 13 überdeckt (dargestellt im rechten Teil der Schnittdarstellung), vermeiden.

Im Bereich der durch den größten Durchmesser des Brennraumes 6 verlaufenden Trennebene 3 ist der Eisenkolben ausnahmslos rotationssymmetrisch ausgebildet, was ihn für eine Reibschweißverbindung geradezu prädestiniert. Dabei entstehende Stauchwülste stören innerhalb des Hohlraumes 16 nicht bzw. sind im Brennraum 6 durch einfache mechanische Bearbeitung zu beseitigen.

Claims

Erfindungsanspruch:

1. Eisenkolben für Hubkolbenbrennkraftmaschinen, dessen von der Kolbenringzone abgesetzte, einander gegenüberliegenden Führungsschaftrudimente über Stützrippen ebenso mit den Bolzenlageraugen verbunden sind wie der zentral im spritzölgekühlten Kolbenboden angeordnete, rotationssymmetrische Brennraum, gekennzeichnet dadurch, daß der Eisenkolben aus zwei Teilen aus unterschiedlichen Eisenwerkstoffen zusammengesetzt ist, wobei das Kolbenoberteil (1) mit Kolbenringzone (7), Kolbenboden (4) und Brennraumöffnung (5) ein Stahlschmiede- bzw. Stahlfeingußteil ist, während das Kolbenunterteil (2) aus Grau- bzw. Sphäroguß besteht, daß die zur Oberseite des Kolbenbodens (4) parallele Trennebene (3) im wesentlichen durch den durchmessergrößten Teil des Brennraumes (6) verläuft, daß das Kolbenunterteil (2) eine vom trennebenennahen Umfang ausgehende, zur Kolbenringzone (7) hin ansteigend ausgeführte, umlaufende, mit dem Kolbenoberteil (Deinen ringförmigen Hohlraum (16) bildende Fangrinne (13) für durch eine Öffnung (15) üblicherweise eingespritztes Kühlöl besitzt, wobei der Außendurchmesser der Fangrinne (13) den Innendurchmesser der Kolbenringzone (7) geringfügig unterschreitet und die Fangrinne (13) oberhalb der dem Ölabstreifring zugeordneten Abflußbohrungen (9) in der Kolbenringzone (7) endet, und daß die sich in der Trennebene (3) berührenden Flächen von Kolbenoberteil (1) und Kolbenunterteil (2) vorzugsweise im Hinblick auf eine Reibschweißverbindung gestaltet sind.
2. Eisenkolben nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß eine geringfügig außermittige Anordnung des rotationssymmetrischen Brennraumes (6) erfolgt. *
3. Eisenkolben nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die sich in der Trennebene (3) berührenden Flächen von Kolbenoberteil (1) und Kolbenunterteil (2) konisch verlaufen.
4. Eisenkolben nach Punkt 3, gekennzeichnet dadurch, daß die sich in der Trennebene (3) berührenden Flächen von Kolbenoberteil (1) und Kolbenunterteil (2) eine unterschiedliche Konizität aufweisen.
5. Eisenkolben nach Punkt 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß am Innenumfang des unteren Randes der Kolbenringzone (7) eine Stufe (18) vorgesehen ist, die sich dachförmig über den äußeren Umfang (14) der Fangrinne (13) hinweg erstreckt.
6. Eisenkolben nach Punkt 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Fangrinne (13) eine zum Kolbenboden (4) geneigte Erstreckung besitzt, wobei vorzugsweise die Seite, auf der sich die Öffnung (15) für einzuspritzendes Öl befindet, den geringsten Abstand zum Kolbenboden (4) aufweist.