DE1262071B - Kolben fuer Brennkraftmaschinen mit einem im Bereich der Ringzone liegenden, ringfoermigen Hohlraum - Google Patents

Description

• Kolben für Brennkraftmaschinen mit einem im Bereich der Ringzone liegenden, ringförmigen Hohlraum Die Erfindung bezieht sich auf Kolben für Brennkraftmaschinen mit einem im Bereich der Ringzone zwischen einem im Durchmesser verkleinerten Teil des Kolbenkopfes und einer auf diesen aufgesetzten Hülse gebildeten, ringförmigen Hohlraum, bei dem die einander berührenden Flächen des Kolbenkopfes und der Hülse mittels eines in den Hohlraum nicht eindringenden Ladungsträgerstrahles miteinander verschweißt sind.
• Bei der Anwendung des Verfahrens zum Schweißen mittels eines Ladungsträgerstrahles, das in der deutschen Patentschrift 1087 295 beschrieben ist, kann die Intensität des Ladungsträgerstrahles so groß gewählt werden, daß der Strahl dem Werkstoff völlig durchdringt. In der genannten Patentschrift wird festgestellt, in diesem Fall sei gewährleistet, daß die zu verschweißenden Teile über die ganze Tiefe der Naht miteinander verbunden werden. Es konnte daher erwartet werden, daß die Anwendung des Verfahrens bei der Herstellung von Kolben mit einem im Bereich der Ringzone zwischen einem im Durchmesser verkleinerten Teil des Kolbenkopfes und einer auf diesen aufgesetzten Hülse gebildeten ringförmigen Hohlraum dann besondere Vorteile mit sich bringe, wenn man die einander berührenden und miteinander zu verschweißenden Flächen des Kolbenkopfes und der Hülse so gestaltet, daß sie vom äußeren Kolbenrand bis zum Hohlraum aus ungebrochenen Flächenteilen bestehen, an denen ein die Verschweißung bewirkender, bis in den Hohlraum eindringender Ladungsträgerstrahl entlanggeführt werden kann.
• Diese Erwartung hat sich jedoch nicht erfüllt. Vielmehr hat sich gezeigt, daß ein den Werkstoff vollständig durchdringender, d. h. im vorliegenden Fall ein bis in den erwähnten ringförmigen Hohlraum eindringender Ladungsträgerstrahl Werkstoffteilchen mitreißt, die sich dann im Hohlraum ablagern und, wenn man diesen zum Durchleiten von Kühlöl benutzt, von dort später in den Ölkreislauf gelangen können. Außerdem wird der an den Hohlraum angrenzende Teil der Schweißnaht mehr oder weniger porös. Die Poren und Fehlstellen begünstigen aber das Auftreten von Spannungsrissen durch Kerbwirkung. Wählt man die Intensität des Ladungsträgerstrahles so klein, daß dieser den Werkstoff nicht durchdringt, so gelangen zwar keine Werkstoffteilchen in den Hohlraum, die dann an den Hohlraum angrenzende unverschweißte Fuge des Werkstückes bietet aber erst recht den Ansatzpunkt für die Bildung von ihr ausgehender Risse. Der Ausweg, die Intensität so zu wählen, daß der Ladungsträgerstrahl gerade bis zur Begrenzungswand des Hohlraumes durchdringt, ist nicht gangbar, weil eine entsprechend genaue Einstellung nicht möglich ist.
• Gemäß einem in der nicht vorveröffentlichten deutschen Auslegeschrift 1251 588 niedergelegten Vorschlag kann dadurch Abhilfe geschaffen werden, daß man die einander berührenden und miteinander zu verschweißenden Flächen des Kolbenkopfes und der Hülse so gestaltet, daß sie einerseits aus von den Kolbenrändern ausgehenden, den Hohlraum nicht anschneidenden Flächenteilen und andererseits aus von diesen im Winkel abzweigenden, in den Hohlraum einmündenden Flächenteilen bestehen, deren Breite derjenigen der Schweißnaht entspricht, welche durch Entlangführen des Ladungsträgerstrahles an den erstgenannten Flächenteilen erzielt wird.
• Diese Lösung läßt eine Tolerierung der tatsächlichen Eindringtiefe des Ladungsträgerstrahles innerhalb der notwendigen Grenzen unbeschadet der Güte der Schweißverbindung zu, weil jetzt ein über die Berührungsflächen hinaus eindringender Strahl auf jeden Fall im vollen Werkstoff endet. Infolge des geringen Abstandes der Schweißnaht vom Hohlraum werden auch die von den unmittelbar miteinander verschweißten Flächenteilen abzweigenden, in den Hohlraum einmündenden Berührungsflächen mit verschweißt. Es gibt daher keine unverschweißten Fugen, von denen Spannungsrisse ausgehen könnten. und es entstehen auch an anderen Stellen weder Poren noch sonstige Schweißfehler. Voraussetzung dafür ist es allerdings, daß die Versetzung der zu verschweißenden Flächen gegenüber dem Hohlraum sehr genau eingehalten wird und daß die Breite der Schweißnaht in einem genau festgelegten Verhältnis zu dieser Versetzung steht. Die vorliegende Erfindung ermöglicht bei Kolben der eingangs erwähnten Art eine einwandfreie Schweißverbindung auch ohne schwer einhaltbare Bedingungen. Sie kennzeichnet sich dadurch, daß die einander berührenden und miteinander verschweißten Flächen gegenüber einander berührenden und nicht verschweißten Flächen oder gegenüber dem Hohlraum durch ringförmige Einlagen abgesetzt sind, in welche die Schweißnähte hineinragen.
• Weitere Merkmale des Gegenstandes der Erfindung sind in den Ansprüchen niedergelegt und werden nebst den durch ihre Anwendung sich ergebenden Vorteilen an Hand der Zeichnung erläutert, in der F i g. 1 im Längsschnitt einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Kolben zeigt, während die F i g. 2 und 3 in gleicher Darstellungsweise zwei weitere Ausführungsbeispiele veranschaulichen. Beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 ist zwischen einem im Durchmesser verkleinerten Teil des Kolbenkopfes 1 und einer auf diesen aufgesetzten Hülse -2 ein ringförmiger Hohlraum 3 gebildet. Die äußere Begrenzung dieses Hohlraumes ist durch ein abgesetztes Teilstück 4 der inneren Mantelfläche der Hülse 2 gebildet, das mit dem Kolbenkopf nicht verschweißt ist und beiderseits in Hohlräumen endet, welche durch ringförmige Einlagen 5 ausgefüllt sind. Die durch Schweißnähte 7 und s miteinander verbundenen Teile der einander berührenden Flächen des Kolbenkopfes 1 und der Hülse 2 enden ebenfalls in den durch die Einlagen 5 ausgefüllten Hohlräumen, die einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen und in denen sich infolgedessen keine Kerbspannungen aufbauen können. Die Schweißnähte 7, 8 reichen bis in die Einlagen 5 hinein. Gefährdet sind bei dieser Bauart nur diejenigen Stellen der Schweißnähte 7 und 8, die an den Eindringstellen in die Einlagen 5 liegen. Wenn die Schweißnähte 7, 8 dort reißen sollten, werden die Risse jedoch den in sich geschlossenen Umrissen der Einlagen 5 folgen und sich nicht in einer anderen Richtung fortpflanzen können, weshalb die Verbindung zwischen dem Kolbenkopf 1 und der Hülse 2 völlig ungefährdet ist.
• Beim Beispiel nach F i g. 2 sind zwischen dem Kolbenkopf 1 und der Hülse 2 zwei ringförmige Hohlräume 31 gebildet, die in beiden Bauteilen eingreifen. Im Bereich der zu verschweißenden Fuge zwischen der inneren Mantelfläche der Hülse 2 und dem im Durchmesser verkleinerten Teil des Kolbenkopfes 1 sind in die Hohlräume 31 Einlagen 51 eingefügt, die z. B. als Sprengringe ausgebildet sein können. Die an der inneren Mantelfläche der Hülse 2 entlanglaufende Schweißnaht 7 geht durch die Einlagen 51 hindurch und verläuft daher ebenso wie die Schweißnaht 8 über ihre ganze Länge in vollem Werkstoff. Man erreicht daher porenfreie Schweißnähte und eine einwandfreie Verbindung zwischen dem Kolbenkopf 1 und der Hülse 2, die hier zusätzlich noch dadurch gesichert ist, daß die Einlagen 51 formschlüssig in beide Teile eingreifen.
• In F i g. 3 ist in ähnlicher Weise eine ringförmige Einlage 52 im Bereich der durch eine Schweißnaht 8 zu verschweißenden Fuge zwischen den einander berührenden Stirnflächen der Hülse 2 und des im Durchmesser nicht verkleinerten Teiles des Kolbenkopfes 1 im Hohlraum 32 vorgesehen. Wenn es ungünstig ist, daß diese Einlage den Hohlraum 32 in zwei Teile unterteilt, kann sie zu einem Teil 53 aus einem Werkstoff gebildet sein, den man in bekannter Weise nachträglich durch ein den Kolbenwerkstoff nicht angreifendes Lösungsmittel herausätzen kann, indem man den Hohlraum 32 an einer oder weheren Stellen anbohrt und das Lösungsmittel durch diese Bohrungen einführt. Selbstverständlich ist es aber auch möglich, die Einlage 52 im ganzen aus einem solchen Werkstoff zu bilden, und sie später ganz herauszulösen.

Claims (4)

1. Patentansprüche: 1. Kolben für Brennkraftmaschinen mit einem im Bereich der Ringzone zwischen einem im Durchmesser verkleinerten Teil des Kolbenkopfes und einer auf diesen aufgesetzten Hülse gebildeten, ringförmigen Hohlraum, bei dem die einander berührenden Flächen des Kolbenkopfes und der Hülse mittels eines in den Hohlraum nicht eindringenden Ladungsträgerstrahles miteinander verschweißt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die einander berührenden und miteinander verschweißten Flächen gegenüber einander berührenden und nicht verschweißten Flächen oder gegenüber dem Hohlraum (3) durch ringförmige Einlagen (5, 51, 52) abgesetzt sind, in welche die Schweißnähte hineinragen.
2. 2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlagen (5) runden, insbesondere kreisförmigen Querschnitt aufweisen.
3. 3. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlagen (51, 52) teils in den Kolbenkörper und teils in die Hülse (2) eingreifen.
4. 4. Kolben nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlagen (52) zum Teil (53) aus einem Werkstoff bestehen, der in bekannter Weise mittels eines den Kolbenwerkstoff nicht angreifenden Lösungsmittels wegätzbar ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 1087 295; deutsche Auslegeschriften Nr.1138 301,1251588.