DE1949581A1

DE1949581A1 - Kolben fuer Verbrennungskraftmaschinen

Info

Publication number: DE1949581A1
Application number: DE19691949581
Authority: DE
Inventors: Joachim Arendt
Original assignee: Karl Schmidt GmbH
Current assignee: Karl Schmidt GmbH
Priority date: 1969-10-01
Filing date: 1969-10-01
Publication date: 1971-04-08

Description

Kolben für Verbrennungskraftmaschinen Die Erfindung betrifft einen Zweimetallkolben, insbesondere gekühlter Bauart für Verbrennungskraftmaschinen, dessen Kopf und Schaft aus verschiedenen Werkstoffen bestehen.
Um die Vorteile eines Eisen- bzw. Stahlkolbens mit denen eines Leichtmetallkolbens in einer Kolbenbauart zu vereinigen, sind Kolben, deren Schaft und Boden aus unterschiedlichen Werkstoffen, insbesondere in der Kombination Leichtmetall-Gußeisen, entwickelt worden. Auf diese Weise wird die gute Wårmeleitfähigkeit und das Gewicht des Leichtmetalls mit der geringen Wårmedehnung und der hohen Verschleißfestigkeit des Gußeisens oder Stahls verbunden.
So ist u. a. bekannt, bei gebauten Kolben den Leichtmetallkopf mit dem Graugußschaft durch Schrauben zu verbinden (Mahle Kolbenkunde 1964, Seite 47). Dieser Herstellungsvorgang ist jedoch mit einem relativ großen Kosten- und Zeitaufwand verbunden.
Man kennt eine Verbundkonstruktion (Karl Schmidt, Technisches Handbuch 1967, Seite 282), bei der das Aluminium an das Eisen angegossen wird. Dabei kommt es jedoch nicht zu einer metallischen Bindung der beiden Werkstoffe, da infolge der sehr großen Affinität des Aluminiums zum LuStsauerstoff die metallische Bindung durch Bildung einer Aluminiumoxydschicht verhindert wird. Aus diesem Grunde ist an der Beruhrungsfläche zwischen Eisen- und Leichtmetallwerkstoff nur ein sehr schlechter Wärmeübergang vorhanden und es kommt oft wegen der verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten der beiden Metalle zu einer Lockerung der angegossenen Teile.
Zur Beseitigung dieser Mängel ist deshalb ein VerbundguB-verfahren vorgeschlagen worden (DBP 901 104), bei dem Aluminium an Stahl so angegossen wird, daß eine intermetallische Verbundschicht aus einer Eisen-Aluminium-Legierung von wenigen hundertstel Millimeter Stärke entsteht, die einen sehr guten Wärmeübergang von einem zum anderen Werkstoff garantiert.
Da dieses Verfahren mit nicht unbedeutenden Kosten verbunden ist, hat man zur Kostensenkung in neuerer Zeit vorgeschlagen, die unterschiedlichen Werkstoffe von Kolbenkopf und Kolbenschaft mit Hilfe von Ladungsträgerstrahlen miteinander zu verbinden ("Schweißen und Schneiden", 17, 1965, Heft 2, Seite 56; DAS 1 245 640). Nun entstehen bei Schweißverbindungen infolge der ungleichmäßigen Dicke der Schweißnähte teilweise ungleichmäßige Kerbspannungen, die die Fügeteile ermüden und die Dauerbruchgefahr erhöhen. ADgesehen davon ist auch das Schweißen mit Ladungsträgerstrahlen mit einem vergleichsweise hohen Aufwand verbunden.
Es wurde nun gefunden, daß die Herstellung gebauter Kolben, insbesendere gekühlter Bauart für Verbrennungskraftmasciiinen, in an technischem Aufwand sparender Weise ausgesprochen wirtschaftlich erfolgen kann, wenn Kolbenschaft und Kolbenkopf im Bereich ihrer vorzugsweise als eingedrehte Steckverbindung ausgebildeten Verbindungsstelle durch einen warmfesten Metallklebefilm miteinander verbunden sind.
Im Rahmen der weiteren Ausgestaltung der Erfindung hat es sich in Anbetracht des mechanisch-thermischen Verhaltens des jeweils verwendeten Klebers als vorteilhaft erwiesen, wenn die Verbindungsstelle zwischen Kolbenkopf und Kolbenschaft in dem Bereich des Kolbenschaftes angeordnet ist, in dem die Betriebstemperaturen zwischen 80 und 2500C, vorzugsweise 100 und 2200C, insbesondere 120 und 150°C, liegen.
Dabei hat es sich unter BerUcksichtigung der schwingenden Belastung des Kolbens als zweckmäßig erwiesen, wenn die Länge der Verbindungsstelle 20 - 80 mm, vorzugsweise 40 bis 60 mm, beträgt.
Zur Herstellung des die Kolbenbauteile verbindenden Metallklebefilms sind insbesondere Kleber auf der Basis von Silikonharzen, Epoxidharzen sowie deren Gemischen, ferner insbesondere auf der Basis von Polyamiden oder Polyamidimiden, geeignet, da derartige Kleber eine ausreichende Festigkeit gegenüber Wärmeeinwirkungen sowie Belastungen durch Dauerschwingungen aufweisen.
Bei der Herstellung der Klebeverbindung ist es erforderlich, die Klebeflächen der Fügeteile zu entfetten, anschließend aufzurauhen und von Schmutz und Metallteilchen zu reinigen, wobei insbesondere darauf zu achten ist, daß vor dem Auftragen des Klebers auch die letzten Spuren des Reinigungsmittels abgetrocknet sind. Um zu vermeiden, daß sich erneut Feuchtigkeit auf den Klebeflächen niederschlägt, ist es angebracht, daß das Verkleben der Fügeteile bei Temperaturen zwischen 20 und 406C durchgeführt wird.
Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielhaft dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
In dem aus Grauguß bestehenden Kolbenkopf 1 befindet sich ein gegenüber dem Kolbenhohlraum 2 durch ein Blech 3 abgetrennter Kühlraum 4, der über den ringförmigen Kühlkanal 5 und die KWhlmittelein- bzw. -austrittsöffnungen 6 mit der Kühlmittelzufuhrleitung in Verbindung steht. Der Kolbenkopf 1 ist über die eingedrehte Steckverbindung 7, die eine Länge von 53 mm besitzt, mit dem aus der Leichtmetall-Legierung AlSi 12 CuNiMg bestehenden Kolbenschaft 8 durch einen Metallklebefilm auf Polyamidimidbasis verbunden, wobei das den Kühlraum 4 abtrennende Blech 3 in eine am kolbenhohlraumseitigen Rand der Steckverbindung 7 angebrachte Nute eingeklebt ist.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Klebverbindung eine kontinuierliche Verbindung darstellt, bei der sich die Beanspruchung auf die gesamte Verbindungsfläche verteilt. Durch das Kleben wird insbesondere im Vergleich zu der geschraubten Kolbenverbindung bedeutend leichter gebaut. Die Klebeverbindung ist ferner undurchlässig, druck- und vakuumdicht, sowie gegenüber Ölen und Kraftstoffen beständig.
Patentansprüche

Claims

Patentansprüche 1. weimetallkolben, insbesondere gekühlter Bauart, für erbrennungskraftmaschinen, dessen Kopf und Schaft aus verschiedenen Werkstoffen bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß Kolbenschaft und Kolbenkopf im Bereich ihrer vorzugsweise als eingedrehte Steckverbindung ausgebildeten Verbindungsstelle durch einen warmfesten Metallklebefilm miteinander verbunden sind.
2. Zweimetallkolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstelle in dem Bereich des Kolbenschaftes angeordnet ist, in dem Temperaturen von 80 bis 25O0C, vorzugsweise 100 bis 2200C, insbesondere 120 bis 1500C herrschen.
3. Zweimetallkolben nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch £ekennzeichnet, daß die Verbindungsstelle eine Länge von 20 bis 80 mm, vorzugsweise 40 bis 60 mm, besitzt.
4. Zweimetallkolben nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstelle durch einen warmfesten Metallklebefilm auf der Basis von Silikonharzen, Epoxidharzen oder deren Gemischen, ferner insbesondere auf der Basis von Polyamid oder Polyamidimid verbunden ist.

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