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Verfahren zur Herstellung von gegossenen Kolben Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Herstellung von gegossenen Kolben mit durchgehender Kolbenbolzenlagerung,
insbesondere für Brennkraftmaschinen und Kompressoren, mit einem zentrischen Hohlraum,
der durch Umgießen eines Hohlkörpers gebildet wird. Üblicherweise werden die Kolben
entweder mit einem zerstörbaren Kern gegossen, oder mittels eines Dauerkernes, der
aus dem Gußstück unversehrt herausgenommen wird und so immer wieder verwendet werden
kann. Beim Kokillenguß muß der Konstrukteur speziell auf die Demontage Rücksicht
nehmen, wodurch die Gestaltungsmöglichkeiten für den Gußkörper auch bei Anwendung
mehrteiliger Kerne sehr weitgehend eingeschränkt sind.
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Bei den bekannten sogenannten Stuhlkolben z. B. konnte zwar das Kolbenhemd
mit dem Vorteil einer ununterbrochenen Kolbenlauffläche und der Formhaltigkeit bei
Erwärmung rotationssymmetrisch ausgebildet werden, jedoch mußte hierbei der Kopf
des Kolbens mit dem zylindrischen Schaft zu einem Bauteil vereinigt werden. Diese
Ausbildung hat den Nachteil, daß zwischen Kolbenboden und Ringträger sehr leicht
Brüche infolge von Biegungsbeansprung auftreten und daß Kolbenkopf und Lauffläche
aus demselben Material hergestellt werden müssen, obwohl an diese Teile ganz verschiedene
Anforderungen zu stellen sind. Bei Kolben dieser Art mit Zwangumlaufkühlung ist
außerdem die Führung der Kühlkanäle schwierig. Man hat zu diesem Zweck offene Kanäle
am Kolbenstuhl ausgeführt, welche durch die zu kühlenden Flächen des Kolbenbodens
und des Kolbenhemdes abgedeckt werden. Diese Ausführungen sind verhältnismäßig kompliziert
und daher teuer.
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Es sind auch Gußkolben bekanntgeworden, bei welchen ein zur Kühlung
dienender Hohlraum durch Mitgießen eines Hohlkörpers erzeugt wurde. Für die Herstellung
solcher Kolben wurde das Ende des für den Kolbenguß erforderlichen Formkernes als
den Hohlkörper zentrisch festhaltender Träger ausgebildet. Der Hohlkörper wurde
mit einer Öffnung zum Abführen der beim Guß expandierenden Luft versehen, die an
einen im Formkern angeordneten, nach außen mündenden Kanal angeschlossen war. Da
bei dieser Ausführung der Hohlkörper an den Kern gebunden ist, sind dem Konstrukteur
nur sehr wenig Gestaltungsmöglichkeiten gegeben. Ein Teil des Hohlkörpers muß aus
dem Kolbenkörper herausragen, was im Falle der Verwendung des Hohlraumes zur Kühlung
den Kühleffekt entsprechend heruntersetzt. Eine völlige Einschließung des Hohlraumes
in den Kolbenkörper ist hier unmöglich. So kann der Hohlraum z. B. auch nicht zwischen
einer durchgehenden Kolbenbolzenlagerung und dem Kolbenboden untergebracht werden.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, alle genannten Schwierigkeiten
durch Anwendung eines Herstellungsverfahrens zu beheben, welches dem Konstrukteur
die erwünschte Freizügigkeit bei der Gestaltung des Kolbens bietet. Die Erfindung
besteht darin, daß der Hohlkörper an einer Rohrschlange und an die Enden der Rohrschlange
am Augenkern befestigt und Hohlkörper samt Rohrschlange sodann völlig umgossen werden.
Bei Anwendung dieses verhältnismäßig billigen Herstellungsverfahrens ist der Hohlkörper
nicht am Kern befestigt, so daß dem Konstrukteur die Möglichkeit gegeben ist, den
Kolben den hohen technischen Anforderungen wesentlich besser als bisher anzupassen.
So ist z. B. eine organische Verbindung zwischen einem rotationssymmetrischen Kolbenkopf
und einer durchgehenden starren Bolzenlagerung möglich.
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Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich im übrigen wesentlich
von anderen bisher bekanntgewordenen Gestaltungsvorschlägen für zu versteifende
bzw. zu kühlende Maschinenteile, bei welchen verschieden großen Teile von Kühlrohren
mit eingegossen werden. In einem Fall handelt es sich dabei um ein Gehäuse, bei
dem die zugehörige Lagerbüchse mittels einer Kühlschlange in der Gußform des Gehäuses
fixiert ist, wobei jedoch keines
der beiden Teile in der Gußform
gänzlich eingeschlossen ist. Dagegen ist es ein wesentliches Ziel der Erfindung,
den an der Rohrschlange angebrachten zentrischen Hohlraum völlig in den Kolbenkörper
einzugießen, so daß eine durchgehende Kolbenbolzenlagerung ermöglicht wird. Ebenso
unterscheidet sich das Verfahren nach der Erfindung sowohl was die konstruktive
als auch die funktionelle Zielsetzung betrifft, von dem Vorschlag, durch Eingießen
eines Rohres in die Wandung von Gasmaschinenzylindern den betreffenden Zylinderteil
zu verstärken.
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Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens gelingt es, einen Kolben
herzustellen, der sämtliche Vorteile der bekannten Stuhlkolben aufweist und dabei
deren erwähnte Nachteile vermeidet. Kolben nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
besitzen, was die Kühlung und Formbeständigkeit betrifft, optimale Wirkung, wenn
der Hohlkörper und die Rohrschlange zwischen der Kolbenbolzenlagerung und dem Kolbenboden
hintereinander angeordnet sind, wobei die Rohrschlange auf der Seite zum Kolbenboden
liegt.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines Kolbens nach der
Erfindung dargestellt, und zwar in Fig. 1 in einem axialen und durch die Achse des
Kolbenbolzens geführten Mittelschnitt, in Fig. 2 im Mittelschnitt nach der Linie
II-11 der Fig. 1 und in Fig. 3 in Ansicht von unten.
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Der Kolben besteht aus einem zentralen Teil 1 und dem über diesen
gestülpten hohlzylindrischen Teil 2, welcher die Lauffläche bildet. Der zentrale
Teil l weist einen Kopfteil l' auf, der als Ringträger ausgebildet ist und als solcher
Nuten 3 für die Kolbenringe aufweist. Die Ringnuten zur Aufnahme der 01-abstreifringe
am offenen Ende des Teiles 2 sind mit 29 bezeichnet. Der zentrale rotationssymmetrische
Hohlraum 4 des Teiles 1 wird vom geschlossenen Blechhohlkörper 5 gebildet, der in
den Körper 1 eingegossen ist. Der Innenraum des Blechhohlkörpers steht während des
Gießens über ein in diesen eingesetztes Rohr 6 zwecks Druckausgleiches mit einem
anderen Raum, z. B. der Atmosphäre, in Verbindung. Durch das Röhrchen 6 kann aber
auch ein Kühlmittel, z. B. Luft, eingeführt werden, welches die Festigkeit des Blechhohlkörpers
5 während des Gießvorganges gewährleistet.
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Für die Kolbenkühlung während des Betriebes ist im Kopfteil 1' nahe
der oberen Stirnfläche 1" eine Rohrschlange 7 mit eingegossen, deren Windungen im
allgemeinen koaxial zur Kolbenachse verlaufen und die möglichst nahe an diejenigen
Stellen des Kolbenteiles 1 herangedrückt sind, welche in erster Linie die Wärme
aus dem Zylinder aufnehmen. Die Enden 7' und 7" der Rohrschlange 7 verlaufen etwa
in Achsrichtung des Kolbens und münden in die Aufnahmebohrung 8 für die Laufbüchse
9 des Kolbenbolzens ein. Vor dem Gießen des Teiles 1 wird der Blechhohlkörper 5
mit der Rohrschlange 7 mittels Verbindungselementen 5' verankert, und die Enden
der Rohrschlange werden am Augenkern befestigt. Die Zu- und Ableitung des Kühlöles
im Betrieb geschieht entsprechend den in Fig.1 eingetragenen Pfeilen 10 und 11 über
Bohrungen 12 und 13 und am Umfang der Aufnahmebohrung 8 angeordnete Nuten 14 und
15. Die Zu- und Ableitung über entsprechende Posaunenrohre od. dgl. ist iri der
Zeichnung nicht weiter dargestellt. Lediglich in den Fig. 2 und 3 sind Gewindebohrungen
16 zu erkennen, welche zur Befestigung eines entsprechenden Anschlußstückes für
die Ölzuleitung dienen.
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Der hohlzylindrische Teil t sitzt mit entsprechenden zylindrischen
Sitzflächen 17 und 18 an seinen Enden am zentralen Teil t auf und ist unten mit
Hilfe eines Flansches 19 und einer Anzahl Stiftschrauben 20 am zentralen Teil 1
in Richtung der Kolbenachse festgeschraubt. Der zwischen dem zentralen Teil 1 und
dem hohlzylindrischen Teil 2 gebildete Ringraum 21 ist über schräg nach unten führende
Kanäle 22 mit dem offenen Raum des Kolbens in Verbindung. Die gegenseitige Abdichtung
der beiden Teile erfolgt im Bereich der oberen Sitzfläche 17 durch einen in eine
Ringnut 23 eingelegten Gummiring 24.
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Die mit dem nicht dargestellten Kolbenbolzen fest verbundene Pleuelstange
durchsetzt die Büchse 9, zu welchem Zweck in dieser unten ein entsprechender Ausschnitt
30 vorgesehen ist.
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Die Schmierung der Lauffläche der mittels einer radial verlaufenden
Schraube 25 gegen Verdrehung gesicherten Büchse 9 erfolgt über eine Umfangsnut 26,
welche im oberen Teil der Büchse 9 verläuft und mit Längsnuten 27 in Verbindung
steht. Die Nut 26 ist mittels einer axial verlaufenden Nut 28 und einer Durchtrittsöffnung
31 mit der Ölzulaufnut 14 und in entsprechender Weise mit der ölablaufnut 15 in
Verbindung.