DE1955903B - Kolben für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolben für Brennkraftmaschinen, bei dem Kopfteil und Mantelteil zv/ei an einer zur Kolbenachse senkrechten Ebene verlötete Teile bilden und in der Nähe der Kolbenstirnfläche ein ringförmiger Kühlkanal vorgesehen ist, wobei in einem der beiden Teile ein zur Verbindungsebene hin offener Ringkanal ausgebildet ist.

Bekanntlich besteht bei den heutigen Brennkraftmaschinen die Bestrebung, mit hoher Geschwindigkeit und übermäßiger Brennstoffzuführung zu arbeiten, weshalb die Wärmemenge im Zylinder im Vergleich zu der die Wärme abgebenden Oberfläche immer mehr ansteigt; daher kommt es nicht nur auf die Kühlung des Zylinders, sondern auch auf die Kühlung des hin- und hergehenden Kolbens an.

Andererseits ist es erforderlich, bei schnellaufenden Maschinen die Masse derartiger Kolben zu reduzieren. Es sind Kolben an sich bekannt, die den erwähnten Anforderungen genügen und deren oberer Abschnitt aus hitzebeständigem Stahl und deren unterer Abschnitt aus einer Aluminiumlegierung besteht, wobei die beiden Abschnitte durch Bolzen oder Schrauben miteinander verbunden sind und die Verbindungsstelle einen Kühlkanal enthält.

Bei Kolben dieser Bauart hat jedoch der hitzebeständige Stahl ein größeres spezifisches Gewicht und eine geringere Wärmeleitfähigkeit als die Aluminiumlegierung; daher hat einerseits die Gewichtsverminderung eine natürliche Grenze und andererseits kann die Wärmeabfuhr nicht voll wirksam ausgeführt werden. Außerdem besteht die Gefahr, daß sich der den Kolben tragende Teil durch den Gebrauch löst.

Um die Nachteile der erwähnten Kolben zu vermeiden, ist als Gegenmaßnahme auch schon vorgeschlagen worden, den gesamten Kolben aus einer Aluminiumlegierung zu gießen und beim Gießen den Kühlkanal auszubilden. Dabei bestehen jedoch Schwierigkeiten in der Auswahl des bei der Ausbildung des Kühlkanals zu verwendenden, schmelzbaren Kerns und hinsichtlich der Instandhaltung der Gußformen. Auch sind die Herstellungskosten hoch.

Aus der USA.-Patentschrift 3 221 718 ist ein KoI-ben für Brennkraftmaschinen der eingangs bezeichneten Art bekannt, bei dem sich die Trennfläche zwischen Koof- und Mantelteil in unmittelbarer Nähe der Kolbenstimfläche befindet und daher Temperaturen ausgesetzt 1st, die bei den genannten Verwendungszwecken bei 300° C und darüber liegen. Bei derart hohen Temperaturen ist eine Lötung nicht mehr zuverlässig. Das bedeutet, daß der bekannte Kolben nur geringere Geschwindigkeiten und geringere Brennstoffzuführung aushält, d, b. weniger leistungsfähig 1st, als es dem Verwendungszweck entspricht, Bei dem bekannten Kolben wird ferner die Lötung zwischen zwei planen Flächen vorgenommen, deren Größe außerdem im Verhältnis zum Kolbenquerschnitt klein 1st, Diese beiden Umstände erhöhen die Gefahr, daß sich die beiden Kolbenteile Im Laufe des Betriebes lösen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kolben zu schaffen, der einen zur Verwendung von Aluminiumlegierungen geeigneten gelöteten Aufbau hat und trotzdem für hohe Geschwindigkeiten und große Brennstoffzufuhr verwendbar ist, ohne daß sich die beider, Kolbenleile voneinander lös *n.

Zur Erfüllung dieser Aufgabe wird der eingangs bezeichnete Kolben derart ausgestaltet, daß der Ringkanal im Kopfteil ausgebildet ist und der Mantelteil radial innerhalb und außerhalb dieses Ringkanals an der Verbindungsebene angeordnete, mit Lot gefüllte Ringnuten aufweist, in die der Kopfteil mit entsprechenden ringförmigen Vorsprüngen eingreift. Dadurch, daß der Kühlkanal erfindungsgemäß vollständig im Kopfteil vorgesehen ist, ist die Trennfläche zwischen den beiden Kolbenteilen von der Kolbenstirnfläche nach hinten verlegt. Die Lötstellen sind schon aus diesem Grunde geringeren Temperaturen ausgesetzt als es unter gleichen Betriebsbedingungen bei dem Kolben nach der genannten USA.-Patentschrift der Fall ist. Ein weiterer Unterschied besteht darin, daß die Lötstellen zum Teil von innen und zum Teil von außen an den Kühlkanal anschließen, so daß bestmögliche Kühlung der Lötstellen durch die Kühlflüssigkeit gewährleistet ist. Diese Maßnahme und die genannte Tatsache, daß sich die Lötstellen weiter hinten befinden, führen dazu, daß die Lötstellen bei den genannten Betriebsbedingungen auf höchstens 120° C erwärmt werden, eine Temperatur, die für Lötungen noch durchaus zulässig ist. Die Zuverlässigkeit der Lötung wird erfindungsgemäß noch dadurch gesteigert, daß das Lot in im Mantelteil vorgesehenen Ringnuten eingebettet ist, in die der Kopfteil mit entsprechenden Vorsprüngen eingreift. Im Gegensatz zu den planen Lötflächen des aus der genannten USA.-Patentschrift bekannten Kolbens wird durch diese Maßnahme die Gefahr eines Lösens der beiden Kolbenteile weiter vermindert.

Die Zeichnung stellt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen Kolben nach der Erfindung,

F i g. 2 einen Längsschnitt durch den Kolben nach F i g. 1 in einer Schnittebene, die gegenüber der Schnittebene nach F i g. 1 um 90° C versetzt ist.

Der Kolben besteht aus einem die Brennkammer 1 aufweisenden Kopfteil 2 aus Aluminiumlegierung und einem vom Kopfteil 2 getrennt hergestellten Mantelteil 3 aus Aluminiumlegierung.

Der Kopfteil 2 weist an der Trennfläche 4 einen Ringkanal 5 und innerhalb desselben eine halbkugelförmige Rückführungskammer 6 auf, die entweder beim Gießen oder bei der mechanischen Bearbeitung ausgebildet werden. Der Ringkanal 5 und die Rück-

fUl.rungskammer6 sind durch mehrere radial verlaufende Rückführungsbohrungen 7 miteinander verbunden,

Der Mantelteil 3, der mit der öffnung 8 nach unten hin offen ist, weist quer dazu eine Bohrung 9 für den S Kolbenbolzen auf. Zur Zuführung des Kühlöls vom Kolbenbolzen dient eine ölnut 10, die über eine an der Verbindungsebene 11 endende Bohrung 12 mit dem Ringkanal S verbunden ist. In der Mitte der oberen Wand 3 a des Mantelteils 3 ist eine Auslaßbohrung 13 vorgesehen, die die RUckführungskammer 6 des Kopfteils2 mit dem Hohlräume des Mantelteils 3 verbindet und dazu dient, das rückfließende Kühlöl in den ölbehälter zurückzuführen.

Der Mantelteil 3 weist in der oberen, an den Kopfteil 2 einschließenden Wand 3 α zwei Ringnuten 14 a und 14ft auf, denen die ringförmigen Vorsprünge la und 2 b des Kopfteils 2 entsprechen und dazu dienen, diese Vorsprünge la, 2b aufzunehmen, Die Ringnuten 14 α und 14 b befinden sich außerhalb und inner- ao halb des Ringkanals S. Die Ringnuten 14 α und 14 b werden von Vorsprüngen 15 a, ISb und ISc begrenzt,

Um den Kopfteil 2 mit dem Mantelteil 3 bei der Herstellung des Kolbens zu verbinden, werden die beiden Teile in einer Azetylenflamme erhitzt, wodurch das in den Ringnuten 14 α und 14 b befindliche Lot 16 geschmolzen wird. Bei dem Lot handelt es sich beispielsweise um eine Aluminiumlegierung mit 4 °/o Cu, 20/0 Ni und 1,5 »/0 Mg.

Wird in diesem Fall der Mantelteil 3 horizontal gehalten, so verteilt sich das Lot 16 in den Ringnuten 14a und 14 & gleichmäßig.

Werden die ringförmigen Vorsprünge2« und Ib des Kopfteils 2 auf die Ringnuten 14 a und 14 b ausgSichS so lassen sich dleUlen Kolbenteile in der richtigen Weise miteinander verbinden,

Die Ringnuten 14 « und 14 b, in die das Lot 16 eingefüllt wird, befinden sich stromabwärts von dem Ringkanal 5 da die aus der Richtung der Brennkam, mer 1 des Kopfteils 2 kommende Hitze an den Ringkanal 5 abgegeben wird, kann sich der Verblndungs-

uns uwji jMugitHuut ν *,„„_..„..-„ KUhlöl bleibt am Boden des Ringkanals S, wird durch die Bewegung des Kolbens umgewälzt und vermittelt somit eine hohe Wärmeleitfähigkeit; von dem Ringkanals gelangt es mit der Bewegung des Kolbens durch die Rückführungsbohrungen 7 in die RückfUhrungskammer 6 und wird von dieser durch die Auslaßbohrung 13 abgegeben.

Erfindungsgemäß ist es möglich, den ganzen Kolben aus Aluminiumlegierung herzustellen; dadurch läßt sich die träge Masse des Kolbens reduzieren; außerdem sind der Kühlkanal und die Rückführungskammer 6 zur Verbindungsebene 11 hin offen, und daher ist die Herstellung einfach. Werden die Ausnehmungen beim Gießprozeß ausgebildet, so besteht keine Gefahr, daß Gasblasen entstehen.

Bei den herkömmlichen, aus Aluminiumlegierung bestehenden Kolben ist es unmöglich, Kopfteil und Mantelteil aus verschiedenen Werkstoffen herzustellen. Erfindungsgemäß kann jedoch der Kopfteil 2 aus einer hitzebeständigen Aluminiumlegierung und der Mantelteil 3 aus abriebfester Aluminiumlegierung bestehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   1, Kolben für Brennkraftmaschine, bei dem Kopfteil und Mantelteil zwal an einer zur Kolbenachse senkrechten Ebene verlötete Teile bilden und in der Nähe der Kolbenstirnfläche ein ringförmiger Kühlkanal vorgesehen ist, wobei in einem der beiden Teile ein zur Verbindungsebene hin offener Ringkanal ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkanal (5) im Kopfteil (Z) ausgebildet ist und der Mantelteil (3) radial innerhalb und außerhalb dieses Ringkanals (S) an der Verbindungsebene (11) angeordnete, mit Lot gefüllte Ringnuten (14 a, 14 b) aufweist,

   in die der Kopfteil (2) mit entsprechenden ringförmigen Vorsprüngen (2 a, 2 b) eingreift.
2. 2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopfteil (2) aus einer hitzebeständigen und der Mantelteil (3) aus einer abriebfesten Aluminiumlegierung besteht.