DE19501416A1 - Geschmiedeter oder gegossener Kolbenkopf eines mehrteiligen Kolbens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen geschmiedeten oder gegossenen Kolbenkopf eines mehrteiligen Kolbens für Verbrennungskraftmaschinen, bei dem der Kolbenboden radial nach außen in den die Kolbenringnuten aufweisenden Ringabschnitt übergeht, die die Naben tragenden mit der Unterseite des Kolbenbodens verbundenen Abstützungen im Abstand von der Innenseite des Ringabschnitts angebracht sind und in den Bolzenaugenbohrungen der den Kolbenschaft tragende Kolbenbolzen lagerbar ist.

Bei einem solchen Kolben, der beispielsweise in der Firmenschrift: "75 Jahre Kolbenschmidt", Kolbenschmidt AG, Neckarsulm 1985, s. 60, beschrieben ist, sind die Führungs- und Abdichtfunktion voneinander getrennt. Der Kolbenkopf, der den Kolbenboden, den Ringabschnitt, die Naben und deren Abstützungen umfaßt, ist mit dem Kolbenschaft durch den Kolbenbolzen verbunden. Durch diese Bauweise ist der Kolbenschaft vom heißen Kolbenboden und Ringabschnitt besser abgeschirmt und kann also mit engerem spiel als bei einteiligen Kolben eingebaut werden, was sich günstig auf die Laufruhe auswirkt. Die vom Kurbeltrieb verursachten Seitenkräfte sind zudem, infolge der gelenkigen Anbindung, von geringem Einfluß auf den Kolbenkopf. Dieser führt sich selbst im Zylinder und kann mit einem kleineren Spiel als dieses bei einem einteiligen Kolben möglich ist, betriebssicher eingebaut werden. Die Abdichtung gegen den Verbrennungsraum wird dadurch verbessert und die Durchblasemenge, die Verkokung der Ringnut und der Nutenverschleiß verringert. Bei dem in der Regel aus Stahl oder Gußeisen bestehenden durch Schmieden oder Gießen hergestellten Kolbenkopf gestaltet sich die Formgebung des hinter dem Ringfeld umlaufenden Kanals wegen der Größe der Naben ausgesprochen schwierig.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kolbenkopf der eingangs beschriebenen Gestalt für einen mehrteiligen Kolben so auszubilden, daß eine verbesserte Formgebung, insbesondere im Bereich des hinter dem Ringabschnitt umlaufenden Kanals möglich ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch einen Kolbenkopf mit den Merkmalen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10.

Die Verbundbauweise des Kolbenkopfs aus mehreren unterschiedlich gefertigten Rohteilen, die gleichzeitige Anwendung mehrerer Fügeverfahren zur Verbindung der Rohteile und die Kombination mehrerer Werkstoffe führt zu einem optimalen Kolbenbauteil.

Die Erfindung ist nachfolgend durch mehrere in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Es zeigt Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Kolbenkopf für einen mehrteiligen herkömmlichen Kolben für Dieselmotoren entlang der Kolbenbolzenachse und Kolbenachse einschließenden Ebene, bestehend aus einem einteilig aus Gußeisen mit Kugelgraphit gegossenen Kolbenkopf (1), der den Kolbenboden (2), die Brennraummulde (3), den an den Kolbenboden (2) radial nach außen anschließenden die Ringnuten (4) aufweisenden Ringabschnitt (5) und die mit Abstand von der Innenseite des Ringabschnitts (5) angebrachten die Naben (7) tragenden Abstützungen (6) umfaßt. In die Bolzennabenbohrungen (8) sind Lagerbuchsen (9) eingesetzt.

In Fig. 2 ist ein Querschnitt durch einen Kolbenkopf entlang der die Kolbenbolzenachse und die Kolbenachse einschließenden Ebene für einen Kolben in mehrteiliger Bauweise dargestellt, bei dem der Kolbenboden (10), die Naben (11), in deren Bohrungen (12) Lagerbuchsen (13) eingesetzt sind, und die die Naben (11) tragenden Abstützungen (14) einteilig aus Gußeisen mit Kugelgraphit gegossen sind. Der getrennt aus austenitischem Gußeisen hergestellte Ringabschnitt (15) ist über eine Schweißnaht (16) mit dem Kolbenboden (10) verbunden.

In Fig. 3 ist eine Seitenansicht eines Kolbenkopfs in Bolzenrichtung für einen Kolben in mehrteiliger Bauweise wiedergegeben, bei dem der Kolbenboden (17), die mit diesem verbundenen Abstützungen (18) und der Ringabschnitt (19) einteilig aus Vergütungsstahl geschmiedet sind. Die Abstützungen (18) sind mit einem Nabensegment (20) versehen, in die die getrennt aus dem Werkstoff Gußeisen mit Kugelgraphit durch Gießen gefertigten Nabenringe (21) eingesetzt und mit diesen über Schweißnähte (22) verbunden sind.

Eine Abwandlung des Kolbenkopfs gemäß Fig. 3 zeigt Fig. 4, bei dem die Nabenringe (21) durch gegen ihren Außenumfang gespannte Stahlbänder (23), deren Enden mit den Abstützungen (18) über Schweißnähte (24) verbunden sind und positioniert sind, gegen die Nabensegmente (20) gedrückt sind.

In Fig. 5 ist eine weitere Abwandlung des Kolbenkopfs nach Fig. 3 wiedergegeben. Dabei sind die Stöße (25) der mit den Abstützungen (18) verbundenen Nabensegmente (20) mit den Stößen (26) der über die horizontale Mittelebene des nicht dargestellten Kolbenbolzens überstehenden Schenkel (27) der unteren Nabensegmente (28) über Schweißnähte (29) verbunden.

Eine andere Abwandlung des Kolbenkopfs gemäß Fig. 3 ist in Fig. 6 zu sehen, bei dem an die oberen Nabensegmente (20) mit Halbkreisbogenlänge überstehende Abschnitte (30) angeschmiedet und durch Umbiegen zu den unteren Nabensegment (31) geformt und die Abschnitte (30) durch eine Schweißnaht (32) verbunden sind.

Fig. 7 stellt einen entlang der Kolbenachse und der Kolbenbolzenachse verlaufenden Querschnitt durch einen Kolbenkopf für einen Kolben in mehrteiliger Bauweise dar. Der Kolbenboden (33), der Ringabschnitt (34), die mit dem Kolbenboden (33) verbundenen Abstützungen (35) und die Naben (36) sind einteilig aus Vergütungsstahl geschmiedet. Um ein besseres Schmieden des hinter dem Ringabschnitt (34) verlaufenden Kanals (37) zu ermöglichen, sind die Naben (36) im kolbenbodenseitigen Abschnitt schmaler als die Breite der in die Naben (36) eingesetzten Lagerbuchsen (38) ausgebildet. Der seitliche Überstand der Lagerbuchsen (38) ist durch Kehlschweißnähte (39) abgestützt, die den Kraftfluß aus den Lagerbuchsen (38) in die Naben (36) lenken.

Zur Herstellung der Verbundbauweise des Kolbenkopfs sind praktisch alle Schweiß- sowie Lötverfahren geeignet.

Claims (11)

1. Geschmiedeter oder gegossener Kolbenkopf eines mehrteiligen Kolbens für Verbrennungskraftmaschinen, bei dem der Kolbenboden radial nach außen in den die Kolbenringnuten aufweisenden Ringabschnitt übergeht, die die Naben tragenden mit der Unterseite des Kolbenbodens verbundenen Abstützungen im Abstand von Innenseite des Ringabschnitts angebracht sind und in den Bolzenaugenbohrungen der den Kolbenschaft tragende Kolbenbolzen lagerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringabschnitt über eine Schweiß-, Löt-, Reibschluß- oder Formschlußverbindung mit dem Kolbenboden verbunden ist.

2. Kolbenkopf nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenboden aus Stahl, vorzugsweise Vergütungsstahl und Schmiedestahl, Gußeisen, vorzugsweise Gußeisen mit Kugelgraphit, Tempergußeisen oder Aluminid-Werkstoff, insbesondere TiAl₃ und Ni₃Al, und der Ringabschnitt aus einer Aluminiumkolbenlegierung, aus austenitischem Sondergußeisen oder aus einem der Werkstoffe des Kolbenbodens besteht.

3. Geschmiedeter oder gegossener Kolbenkopf eines mehrteiligen Kolbens für Verbrennungskraftmaschinen, bei dem der Kolbenboden radial nach außen in den die Kolbenringnuten aufweisenden Ringabschnitt übergeht, die die Naben tragenden mit der Unterseite des Kolbenbodens verbundenen Abstützungen im Abstand von Innenseite des Ringabschnitts angebracht sind und in den Bolzenaugenbohrungen der den Kolbenschaft tragende Kolbenbolzen lagerbar ist, gekennzeichnet durch obere Nabensegmente mit Teilkreisbogenlänge, deren Stöße mit den Stößen der über die horizontale Mittelebene des Kolbenbolzens überstehenden Schenkel der unteren Nabensegmente mit Halbkreisbogenlänge verschweißt oder verlötet sind.

4. Geschmiedeter oder gegossener Kolbenkopf eines mehrteiligen Kolbens für Verbrennungskraftmaschinen, bei dem der Kolbenboden radial nach außen in den die Kolbenringnuten aufweisenden Ringabschnitt übergeht, die die Naben tragenden mit der Unterseite des Kolbenbodens verbundenen Abstützungen im Abstand von Innenseite des Ringabschnitts angebracht sind und in den Bolzenaugenbohrungen der den Kolbenschaft tragende Kolbenbolzen lagerbar ist, gekennzeichnet durch obere Nabensegmente mit Halbkreisbogenlänge, mit denen geschlossene Nabenringe verbunden sind.

5. Kolbenkopf nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Nabensegmenten und den Nabenringen Schweiß- oder Lötverbindungen bestehen.

6. Kolbenkopf nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Nabenringe mittels gegen ihren Außenumfang gespannte Stahlbänder, deren Enden mit den Abstützungen verschweißt sind, gegen die oberen Nabensegmente gepreßt sind.

7. Geschmiedeter oder gegossener Kolbenkopf eines mehrteiligen Kolbens für Verbrennungskraftmaschinen, bei dem der Kolbenboden radial nach außen in den die Kolbenringnuten aufweisenden Ringabschnitt übergeht, die die Naben tragenden mit der Unterseite des Kolbenbodens verbundenen Abstützungen im Abstand von Innenseite des Ringabschnitts angebracht sind und in den Bolzenaugenbohrungen der den Kolbenschaft tragende Kolbenbolzen lagerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Naben im kolbenbodenseitigen Segment kleiner als die Breite der in die Naben eingesetzten Lagerbuchsen ist.

8. Kolbenkopf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Überstände der Gleitlager gegen die Naben abgestützt sind.

9. Geschmiedeter oder gegossener Kolbenkopf eines mehrteiligen Kolbens für Verbrennungskraftmaschinen, bei dem der Kolbenboden radial nach außen in den die Kolbenringnuten aufweisenden Ringabschnitt übergeht, die die Naben tragenden mit der Unterseite des Kolbenbodens verbundenen Abstützungen im Abstand von Innenseite des Ringabschnitts angebracht sind und in den Bolzenaugenbohrungen der den Kolbenschaft tragende Kolbenbolzen lagerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß an die oberen Nabensegmente mit Halbkreisbogenlänge angeformte Abschnitte zu den unteren Nabensegmenten mit Halbkreisbogenlänge geformt und diese Abschnitte in der unteren Scheitelebene der Naben durch eine Schweißnaht verbunden sind.

10. Geschmiedeter oder gegossener Kolbenkopf eines mehrteiligen Kolbens für Verbrennungskraftmaschinen, bei dem der Kolbenboden radial nach außen in den die Kolbenringnuten aufweisenden Ringabschnitt übergeht, die die Naben tragenden mit der Unterseite des Kolbenbodens verbundenen Abstützungen im Abstand von Innenseite des Ringabschnitts angebracht sind und in den Bolzenaugenbohrungen der den Kolbenschaft tragende Kolbenbolzen lagerbar ist, gekennzeichnet durch die Kombination der Merkmale eines der Ansprüche 1 und 2 mit den Merkmalen eines der Ansprüche 3 bis 9.

11. Verfahren zur Herstellung eines geschmiedeten oder gegossenen Kolbenkopfs eines mehrteiligen Kolbens für Verbrennungskraftmaschinen, bei dem der Kolbenboden radial nach außen in den die Kolbenringnuten aufweisenden Ringabschnitt übergeht, die die Naben tragenden mit der Unterseite des Kolbenbodens verbundenen Abstützungen im Abstand von Innenseite des Ringabschnitts angebracht sind und in den Bolzenaugenbohrungen der den Kolbenschaft tragende Kolbenbolzen lagerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling des Kolbenkopfs mit im Querschnitt ovalen Bolzenaugenbohrungen, deren größere Achse parallel zur Kolbenachsrichtung verläuft, versehen wird, die abschließend zu zylindrischen Bolzenaugenbohrungen geformt werden.