DE19750021A1 - Gekühlter Ringträger - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen gekühlten Ringträger nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiger Ringträger ist aus der DE-PS 26 24 412 bekannt. Dort wird ein ebenes, kreisringförmiges Blech an der Unterflanke eines Ringträ­ gers angelegt und zu einem U-förmigen Querschnitt um den Ringträger herumgebogen, in vorgedrehte Ausnehmungen des Ringträgers gelegt, festgespannt und anschließend ver­ schweißt. Da das Blech um den Ringträger herum zu einer U- Form gebogen wird, läßt sich ein erheblicher Hinterschnitt zwischen Blechkühlkanal und Ringträger erzielen. Nachteil bei diesem Verfahren ist das durch den Ringträger einge­ schränkte Handling des Bleches beim Biegen und die Tatsa­ che, daß das Blech vor dem Schweißen festgespannt werden muß. Es hat sich auch gezeigt, daß eine druckdichte Verbin­ dung zwischen Blechkühlkanal und Ringträger - Voraussetzung für ein problemloses Eingießen des Ringträgers - nicht si­ cher gewährleistet werden kann.

Ein gattungsgemäßer Ringträger ist auch aus der US 4,907,545 bekannt, wobei das Blech ebenfalls durch Schwei­ ßen oder Löten am Ringträger befestigt wird. In den Fig. 1 und 4 der Schrift sitzt das Blech mit stumpfem Stoß an der radial innen liegenden Wand bzw. an von dieser ausge­ henden Stegen des Ringträgers, in Fig. 5, 6 und 7 wird das Blech flächig an ebene oder gekrümmte Flächen des Ringträ­ gers angelegt. Allen dargestellten Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, daß das Blech vor dem Verschweißen entweder durch Anwendung von Temperaturdifferenzen aufwendig in den Ringträger eingeschrumpft werden muß oder daß es beim Schweißen festgespannt werden muß und daß die Schweißnaht­ querschnitte relativ gering sind. Ein Nachteil beim Ein­ schrumpfen mit stumpfem Stoß ist auch, daß das relativ dün­ ne Blech auf Knickung beansprucht wird.

Gattungsgemäße Ringträger sind ebenfalls aus der JP-OS 05-240347 und der EP 791 738 bekannt. Auch bei diesen wird das den Kühlkanal bildende Blech unter Anwendung von Tempe­ raturdifferenzen entweder in die kreiszylinderförmige, ra­ dial innen liegende Fläche des Ringträgers oder in Eindre­ hungen bzw. Nuten des Ringträgers eingeschrumpft.

Die Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, einen Blechkühlkanal vor dem Verschweißen mit einem Ringträger so an diesem zu befestigen, daß eine sichere, dichte Schweiß­ verbindung zwischen Ringträger und Blechkühlkanal entstehen kann, daß Spannvorrichtungen beim Schweißen entfallen kön­ nen und daß auf Einschrumpfen unter Anwendung von Tempera­ turdifferenzen verzichtet werden kann.

Dieses Problem wird bei gattungsgemäßen Ringträgern gelöst durch eine Ausbildung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Eine vorteilhafte Weiterbildung ist im Unter­ anspruch angegeben.

Erfindungsgemäß ist der Winkel zwischen der nach innen wei­ senden Fläche des Ringträgers und dem Blechkühlkanal im Be­ reich seiner den Ringträger kontaktierenden Kanten bzw. Flächen kleiner als 45°. Als Blechkühlkanal wird dabei auch ein Blechteil bezeichnet, das eine umlaufende, zum Ringträ­ ger hin weisende Öffnung aufweist. Der Durchmesserunter­ schied zwischen Ringträger und Blechkühlkanal kann z. B. 0,4 mm betragen, wobei der elastische Anteil der Verformung beim Einpressen ca. 0,15 bis 0,2 mm beträgt, also ein be­ stimmter Anteil an plastischer Verformung des Blechkühlka­ nals beim Einpressen hinzukommt.

Die radial nach innen weisende Fläche des Ringträgers, an der der Blechkühlkanal eingespannt ist, kann auch aus zwei kreiszylindrischen Teilflächen mit unterschiedlichem Durch­ messer bestehen. In diesem Fall weisen die beiden den Ring­ träger kontaktierenden Kanten bzw. Flächen ebenfalls einen unterschiedlichen Durchmesser auf.

Zur exakten axialen Positionierung des Blechkühlkanals im Ringträger kann an der nach innen weisenden Fläche des Ringträgers ein wenige Zehntelmillimeter hoher Steg ange­ dreht sein, gegen den eine oder beide umlaufenden Kanten des Blechkühlkanals anliegen.

Grundgedanke der Erfindung ist es, die elastischen Eigen­ schaften des Blechs für ein Verspannen im Ringträger und ein entsprechend sicheres Verschweißen von Ringträger und Blechkühlkanal zu nutzen, ohne ein Einschrumpfen des Blech­ kühlkanals unter Anwendung von Temperaturdifferenzen - Küh­ len des Blechkühlkanals und/oder Erwärmen des Ringträgers - durchzuführen. Wenn die den Ringträger kontaktierenden Kan­ ten bzw. Flächen des Blechkühlkanals mit relativ kleinem Winkel an die Innenfläche des Ringträgers herangeführt wer­ den, dann kann der Blechkühlkanal - obwohl sein Außendurch­ messer unmittelbar vor der Montage größer ist als der In­ nendurchmesser des Ringträgers - mit einer Montagevorrich­ tung in vorgespanntem Zustand in den Ringträger eingepreßt werden. Bei radial verlaufenden Kanten des Kühlkanals ist dieses Verfahren nicht oder nur unter großen Schwierigkei­ ten anwendbar.

Es ergibt sich der zusätzliche Vorteil, daß beim Schweißen, verglichen mit einem stumpfem Stoß der Blechkanten am Ring­ träger, eine relativ große Dichtfläche am Übergang von Ringträger zum Blechkühlkanal entsteht, wodurch die Wahr­ scheinlichkeit von Undichtigkeiten verringert wird.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist es, daß der Ring­ träger seine übliche, im Querschnitt - abgesehen von den einzustechenden Ringnuten - etwa rechteckige Form beibehal­ ten kann und keine besonderen Konturen an den Ringträger­ rücken angedreht oder angegossen werden müssen.

Als Schweißverfahren zum Verbinden von Ringträger und Blechkühlkanal kommen insbesondere in Betracht Laserschwei­ ßen, EB-Schweißen und Mikroplasmaschweißen. Der beim Schweißen ggfs. erforderliche Zusatzwerkstoff kann entweder von außen zugeführt werden oder in Form einer abzuschmel­ zenden Kante schon am Ringträger vorhanden sein. Ziel ist es, den im Querschnitt keilförmigen Spalt bzw. Zwickel zwi­ schen Ringträger und Blechkühlkanal weitestgehend mit Schmelze zu füllen, da so die Wahrscheinlichkeit einer druckdichten Verbindung am größten wird.

Prinzipiell ist es auch möglich, die Geometrie der zu ver­ bindenden Teile mit einem Winkel von maximal 45° zwischen dem Blechkühlkanal und der nach innen weisenden Fläche des Ringträgers wie beschrieben beizubehalten und bei ansonsten gleichen Bedingungen den Blechkühlkanal mit einem etwas kleineren Außendurchmesser herzustellen als den Innendurch­ messer des Ringträgers. Dann wird vor bzw. beim Schweißen entweder der Blechkühlkanal von innen geweitet und so in den Ringträger eingespannt oder es wird auf ein Einspannen des Blechkühlkanals in den Ringträger verzichtet. Als Vor­ teil verbleibt dann, daß die Geometrie der Schweißnaht - infolge des großen Nahtquerschnittes - eine druckdichte Verbindung über den gesamten Umfang ermöglicht.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei­ spiels näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen gekühlten Ring­ träger im Querschnitt vor dem Verschweißen von Ringträger und Blechkühlkanal

Fig. 2 den erfindungsgemäßen Ringträger in geschweißtem Zustand.

Der gekühlte Ringträger besteht aus einem kreisrunden Ring­ träger 1 mit einer nach radial innen weisenden kreiszylin­ drischen Fläche 2 und einem Blechkühlkanal 3 aus austeniti­ schem Stahl, der einstückig aus einem ebenen Stahlblech durch plastische Verformung hergestellt ist. Der Blechkühl­ kanal 3 wird vor dem Verschweißen von Ringträger 1 und Blechkühlkanal 3 mit Hilfe einer nicht dargestellten Monta­ gevorrichtung in den Ringträger 1 eingepreßt. Dabei ist die Montagevorrichtung so ausgeführt, daß der Blechkühlkanal 3 unter axial aufgebrachtem Druck seinen Außendurchmesser verkleinert - z. B. in einer kegelförmigen Aufnahme - und in so vorgespanntem Zustand aus der Montagevorrichtung in den Ringträger 1 eingepreßt werden kann. Danach sitzt der Blechkühlkanal 3 so fest eingespannt im Ringträger 1, daß auf Spannvorrichtungen beim Schweißen verzichtet werden kann. Der Außendurchmesser des Blechkühlkanals ist vor dem Einpressen ca. 0,35 mm größer als der Innendurchmesser des Ringträgers. Dadurch bilden sich beim Einpressen am Innen­ umfang des Blechkühlkanals 3 Tangentialdruckspannungen aus. Der Winkel α zwischen der nach innen weisenden kreiszy­ lindrischen Fläche 2 des Ringträgers 1 und dem Blechkühlka­ nal 3 im Bereich seiner den Ringträger kontaktierenden Kan­ ten 4 beträgt 35°. Dies führt dazu, daß der Blechkühlkanal sich gut in den Ringträger einpressen läßt und dabei ver­ gleichbar fest im Ringträger sitzt, wie beim Einschrumpfen mittels Temperaturdifferenzen.

Wie Fig. 2 zeigt, wird beim Verschweißen von Ringträger 1 und Blechkühlkanal 3 der ringförmig umlaufende Zwickel bzw. keilförmige Spalt 5 mit Schmelze aufgefüllt.

Dies führt zu einer guten Abdichtung des Blechkühlkanals 3, so daß beim Alfinieren vor dem Eingießen des gekühlten Ringträgers in den Kolben und beim Eingießen keine einge­ schlossenen Gase aus dem Blechkühlkanal austreten und die Schmelze durch Oxidbildung verunreinigen können.

Claims (2)

1. Gekühlter Ringträger (1) für einen Kolben eines Ver­ brennungsmotors mit einer oder zwei radial nach innen weisenden, kreiszylindrischen Flächen (2) und einem durch Schweißen oder Löten an der bzw. den Flächen (2) befestigbaren Blechkühlkanal (3), der mit einer Preß­ passung in den Ringträger (1) eingespannt ist und der zwei, den Ringträger (1) an der bzw. den radial nach innen weisenden Flächen (2) umlaufend kontaktierende Kanten bzw. Flächen (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel α zwischen der nach innen weisenden Fläche (2) des Ringträgers (1) und dem Blechkühlkanal (3) im Bereich seiner den Ringträger (1) kontaktieren­ den Kanten bzw. Flächen (4) kleiner als 45° ist.

2. Ringträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Stirnseiten des Blechs etwa gegenüberlie­ gen.