DE2017925A1

DE2017925A1 - Kolben für Verbrennungskraftmaschinen

Info

Publication number: DE2017925A1
Application number: DE19702017925
Authority: DE
Inventors: Gerhard 7107 Bad Wimpfen Schieber
Original assignee: Karl Schmidt Gmbh, 7107 Neckarsulm
Priority date: 1970-04-15
Filing date: 1970-04-15
Publication date: 1971-10-28

Description

Kolben für Verbrennungskraftmaschinen Die Erfindung betrifft einen Kolben für Verbrennungskraftmaschinen mit einem im Bereich des Ringfeldes in den Kolbenkopf mechanisch eingearbeiteten und durch eine ringförmige Hülse verschlossenen vorzugsweise ringförmigen Hohlraum, wobei die sich einander berührenden Flächen von Kolbenkopf und ringförmiger Hülse über Ladungsträgerstrahlen miteinander verschweißt sind0 Die Anwendung einer Kühlung sucht man'bei Kolben grundsätzlich zu vermeiden; denn einerseits bedingt sie, einen erhöhten konstruktiven Aufwand und andererseits entzieht sie dem Arbeitsprozeß Wärme, Das Kriterium für die Frage, ob eine Koibenkühlung notwendig oder entbehrlich ist, stellen einmal die Verkokungstemperatur der gebräuchlichen Schmieröle und zum anderen die thermische Belastbarkeit des Kolbenwerkstoffs dar.
Bei der Herstellung von ölgekühlten Kolben ist es bekannt; die ringförmigen Hohlräume im Kolbenkopf im Bereich des Ringfeldes durch mechanische Bearbeitung zu erzeugen und mittels Schweißung durch Zusammenfügen mehrerer Teile zu verschließen.
In neuerer Zeit wird für derartig geschweißte Kolben die soge nannte Ladungsträgerstrahl-Schweißtechnik angewendet; insbesondere dann; wenn außer der Forderung nach Ölkühlung auch der Wunsch nach gepreßtem Kolbenmaterial im Bereich der Bodenmulde und der Bolzenaugenabstützung sowie nach einer wirksamen Nutenbewehrung vorliegt. Diese Forderung kann durch die Herstellung des Kolbens aus mehreren Teilen erfüllt werden. Das Verschweißen dieser Teile in Vakuum erfolgt dadurch, daß die kinetische Energie eines auf die metallische Verbindung auftreffenden strahls aus beschleunigten und gebündelten Ladungsträgern hoher Energiedichte auf eng begrenzten Raum freigesetzt wird.
An den aneinander-stoßenden Werks-tückflächen entsteht sehr schnell eine Kapillare, indem ein Teil des Metalls verdampft und dadurch tieferliegende Zonen freigegeben werden0 (DBP 1 087 295) Dabei hat es sich jedoch gezeigt, daß ein den Werkstoff vollständig durchdringender, dçh. ein bis in den ringförmigen Hohlraum eindringender Ladungsträgerstrahl Werkstoffteilchen mitreißt, die sich dann in dem ringförmigen 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 angrenzenden Teil der Schweißnaht mehr oder weniger porös. Die Poren und Fehlstellen begünstigen aber das Auftreten von Spannungsrissen durch Kerbwirkung.
Wählt man die Intensität des Ladungsträgerstrahls zur Vermeidung der vorgenannten Nachteile so klein, daß dieser den Werkstoff nicht durchdringt, so gelangen zwar keine Werkstoffteilchen in den Hohlraum, die an den Hohlraum angrenzenden unverschweißten Fugen des Werkstückes bilden jedoch den Ansatzpunkt für die Entstehung von unerwünschten Rissen0 Es ist deshalb vorgeschlagen worden, daß die miteinander verschweißten Flächen des bearbeiteten Kolbenkopfs und der ringförmigen Hülse über die Eindringtiefe des Ladungsträgerstrahls hinausgehende Teile auSweisen (DAS 1 245 640), die in dem Bereich zwischen der kleinsten und größten Eindringtiefe des Ladung trägerstrahls so dünnwandig sind, daß in ihnen keine Spannungen auftreten.
Eine andere Möglichkeit die genannten Mängel zu beseitigen, besteht darin, daß die einander berührenden mittels Latungsträger strahlen verschweißten Flächen von Kolbenkopf und ringförmiger Hülse aus von den Kolbenrändern ausgehenden den ringförmigen Hohlraum nicht anschneidenden Flächenteilen und aus von diesen im Winkel abzweigenden in den ringförmigen Hohlraum einmündenden Flächenteilen bestehen, deren Breite derjenigen der durch entlangführen des Ladungsträgerstrahles an den genannten Flächenteilen-erzielten Schweißnaht entspricht (DAS 1 251 588). Bei dieser Ausführungsform ergibt sich jedoch der Nachteil, daß kleine Trennfugen zwischen Kolbenkopf und Ringhülse unverschweißt bleiben, die dann den Ausgangspunkt für größere Schäden bilden können.
-Bei einem weiteren Vorschlag gemäß DAS 1 262 071 werden diese Nachteile dadurch beseitigt, daß die Schweißnähte in ringförmigen Einlagen enden, die, wenn sie im ringförmigen Hohlraum angeordnet sind, entweder in diesem verbleiben oder aber aus diesem herausgeätzt werden. Für den Fall, daß die Einlagen im Ringraum verbleiben, ergeben sich kühltechnische Nachteile, während das Herausätzen der Einlagen mit einem nicht unwesentlichen Kostenaufwand verbunden ist.
Es wurde nun gefunden, daß die vorstehend genannten Mängel ladungsträgerstrahlgeschweißter Kolben behoben -werden können, wenn die einander berührenden, miteinander verschweißten Flächen tangential in den mit einem flüssigkeitslöslichen Stoff gefüllten Hohlraum münden, wobei die Ebene des Ladungsträgerstrahls, die über den Bereich der Einmündungsstelle der verschweißten Flächen in den Hohlraum in den Kolbenkopf hineinragt, in einem solchen Abstand zu den verschweißten Flächen verläuft, daß der Hohlraum nicht berührt wird und die verschweißten Flächen vollständig in der keilförmigen Schweißnaht liegen. Die Ebene des Ladungsträgerstrahls verläuft parallel oder annähernd parallel zu den verschweißten Flächen.
Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung ist der Hohlraum mit einem aus NaCl oder KCl bestehenden gepreßten und/oder gesinterten Kern ausgefüllt.
Die Füllung des ringförmigen Hohlraums mit einem flüssigkeitslöslichen Stoff, der bei dem fertiggestellten Kolben ausgespült wird, verhindert, daß durch den Ladungsträgerstrahl verflüssigte Werkstoffteilchen der Schweißnaht in den ringförmigen Hohlraum gelangen können. Gleichzeitig wird vermieden, daß sich in dem an den Hohlraum angrenzenden Teil der Schweißnaht Poren und Fehlstellen bilden können. Weiterhin werden Risse verursachende nichtverschweißte Teile der einander berührenden Flächen vermieden.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen anhand von zwei Ausführungsbeispielen dargestellt, die im folgenden näher erläutert werden.
Figur 1 zeigt einen Ausschnitt aus dem Längsschnitt durch einen Kolbenkopf 1 mit aufgesetzter ringförmiger Hülse 2, deren einander berührende Flächen 5, die tangential in den ringförmigen mit einem Kochsalzkern gefüllten Hohlraum 6 münden, mittels Ladungsträgerstrahlen miteinander verschweißt sind, wobei die Ebene 7 des Ladungsträgerstrahls parallel zu den in der keilförmigen Schweißnaht 4 vollständig verschweißten Flächen 5, ohne den Hohlraum 6 zu berühren, geführt ist.
Figur 2 zeigt einen Ausschnitt aus dem Längsschnitt durch Kolbenkopf 1, dessen bodenseitig eingearbeiteter ringförmiger Hohlraum 6 mit einem Kochsalzkern gefüllt und durch die ringförmige Hülse 2 verschlossen ist, wobei die sich einander berührenden Flächen 5 in gleicher Weise,wie unter der Beschreibung zu Figur 1 dargestellt, miteinander verschweißt sind.
Patentansprüche

Claims

PATENTANSPRÜCHE olben für Verbrennungskraftmaschinen mit einem im Bereich des Ringfeldes in den Kolbenkopf mechanisch eingearbeiteten und durch eine ringförmige Hülse verschlossenen vorzugsweise ringförmigen Hohlraum, wobei die sich einander berührenden Flächen von Kolbenkopf und ringförmiger Hülse über Ladungsträgerstrahlen miteinander verschweißt sind, dadurch gekenn zeichnet, daß die einander berührenden miteinander verschweißten Flächen (5) tangential in den mit einem flüssigkeitslöslichen Stoff gefüllten Hohlraum (6) münden, wobei die Ebene (7) des Ladungsträgerstrahls, die über den Bereich der Einmündungsstellen der Flächen (5) in den Hohlraum (6) in den Kolbenkopf (1) hineinragt, in einem solchen Abstand zu den verschweißten Flächen (5) verläuft, daß der Hohlraum (-6) nicht berührt wird und die verschweißten Flächen (5) vollständig in der keilförmigen Schweißnaht (4) liegen.
2) Kolben für Verbrennungskraftmaschinen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebene (7) des Ladungsträgerstrahls parallel oder annähernd parallel zu den verschweißten Flächen (5) verläuft.
3) Kolben für Verbrennungskraftmaschinen nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Hohlraum mit einem aus NaCl oder KCl bestehenden gepreßten und gegQ-benenfalls gesinterten Kern ausgefüllt ist.

L e e r s e i t e