DE2020846A1

DE2020846A1 - Kolben fuer eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2020846A1
Application number: DE19702020846
Authority: DE
Inventors: Acock John Forster
Original assignee: Ricardo and Co Engineers 1927 Ltd
Current assignee: Ricardo PLC
Priority date: 1969-04-30
Filing date: 1970-04-29
Publication date: 1970-11-12
Also published as: GB1306082A; FR2040463A1; NL7006379A

Description

Kolben für eine Brennkraftmaschine,

Die Erfindung betrifft die Ausbildung eines Kolbens für eine Brennkraftmaschine, der vornehmlloh unter Bedingungen hoher thermischer Beanspruchung und mechanischer Belastungen zur Anwendung kommen soll, wie sie beispielsweise in Dieselmaschinen auftreten» Der neue Kolben hat einen Kolbenboden und einen ringförmigen Gürtelabschnitt, der mit dem Kolbenkörper fest verbunden ist. An diesem Kolbenkörper ist mittels eines Kolbenbolzens eine Pleuelstange angelenkt. Im Falle einer mit einem Kreuzkopf ausgestatteten Maschine ist dieser Kolbenkörper vom Kopf einer Kolbenstange gebildet, an dessen anderer Seite die Pleuelstange angelenkt 1st. ' ' ^J !:"

Bei bekannten Kolbenkonstruktlonen dieser Art besteht der Kolbenboden aus einem Material, das inder Lage ist, den harten Beanspruchungen zu widerstehen, d«nen der Kolbenboden ftueg·- '.'' setzt ist. Di· wÄhrend des Verdlohtuhgshubes und bei der Ver·*· brennung im Brennmu« auf tretenden und^ auf denKolbenboden au»«· geübten Belastungen werden auf das obere Ende des Kolb«nlcörp«rs mi^Hilfe eines oder mehrerer ringförmiger Ätjirtandsglie&r Hbili*- tragen, die zwischen kolbenboden und Kolbenkörper bzw» Kolbenstange vorgesehen sind. Diese Abstandsglieder werden mit Öl ge-

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kühlt; sie können daher erhebliche, in radialer Richtung und in Umfangsrichtung wirksame Spannungen und hohe thermische Beanspruchungen auf jene Kolbenteile übertragen, mit denen sie in Berührung stehen, *

Gemäss der Erfindung sind bei einem Kolben der vorerwähnten Gattung zwischen der Unterseite des Kolbenbodens und dem Kolbenkörper oder dem Kopf der Kolbenstange bzw. ·*·*. einem am Kolbenkörper bzw. Kolbenstangenkopf befestigten Zwischenstück, eine Mehrzahl säulenartiger Stifte odgl. angeordnet, die dazu dienen, die auf den Kolbenboden einwirkenden Druckkräfte auf den Kolbenkörper V oder die Kolbenstange zu übertragen. Die oberen Enden dieser säulenartigen Stifte sind im wesentlichen über den ganzen Bereich der Kolbenbodenunterseite verteilt angeordnet und an diesen Stellen mit dem Kolbenboden verbunden* Die unteren, nicht miteinander In Verbindung stehenden Stiftenden stützen sich auf dem Kolbenkörper oder dem Kopf der Kolbenstange bzw. dem vorerwähnten Zwischenstück ab und zwar an übet» die ganze Oberfläche dieser Teile innerhalb des Gürtelabschnittes verteilten Punkten bzw. Stellen.

Wenn in diesem Zusammenhang von "oberem Ende" und "oberer Fläche" die Rede ist, so ist hierunter das der Brennkammer zugewandte En- ; de, bzw. die ihr zugewandte Flüche zu verstehen; entsprechend be-L deuten die Bezeichnungen "unteres Ende" und "Unterseite" das der Brennkammer abgewandt· Ende tot«· die ihr abgewandte Seite»

Die sa"ulenartig»n Stifte» dl· zweckmäesig, aber nicht unbedingt, parallel zueinander und zur. Bewegungsrichtung des Kolbens ange- : ordnet sind, können «it dem Kolbenboden au« einem Stück bestehen, z.B, »lfc lh» tuaaieen «in einfigee Gufatttck bilden; »le können ■ .. aber auoh al» eilbMäEndig* »tiftartig· fell« ausgebildet sein, die je mit ein*» ihrer finden, mit dem Kolbenboden verschwelest sind.

Die anderen, d.h. di· dem Kolbenboden angewandten Enden der säulenartigen Stifte liegen all« in einer Ebene und stützen sich auf einer oder mehreren ebenen plieljen an der Oberseite des Kolbenkörpera, des Kolbenstangenkopfes bzw. gegebenenfalls des oben auf dem Kolbenkörper befestigten Zwischenstückes ab.

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NSPECTED

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Wird eine solche Mehrzahl von säulenartigen Stiften verwendet, um die auf den Kolbenboden einwirkenden Druckkräfte zu übertragen/ so kann der Kolbenboden sehr dünn ausgebildet sein, was den Vorteil niedrigerer Temperaturen des Metalls und geringerer Wärmebeanspruchungen zur Folge hat. Ausserdem sind die in Umfangsrichfcung auf den Kolbenboden einwirkenden Spannungen herabgesetzt.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachstehenden Beschreibung zweier auf der Zeichnung veranschaulichter Ausführungsformen des neuen Kolbens hervor.

Fig. 1 ist· ein Mittellängsschnitt durch den Kolben nach der Linie A-A der Flg. 2.

Fig. 2 zeigt den Kolben im Querschnitt, der in einem·Quadranten nach der Linie B-B der Fig. 1 und in dem übrigen Teil der Abbildung nach der Linie C-C der Fig. 1 geführt ist.

Fig. 3 zeigt einen Teilsöhnitt nach der Linie D-D der Fig. 2.

Fig. 4 zeigt schematisch und in radialem Schnitt eine andere Ausführungsform des Kolbens nach der Erfindung.

Der in den Fig. 1 -3 veranschaulichte, für eine Dieselmaschine bestimmte Kolben hat einen Kolbenkörper lo, in dem Lager 11 fur den Kolbenbolzen 12 vorgesehen sind, mit dessen Hilfe die Pleuelstange 13 sch'wenkbar am Kolbenkörper angelenkt ist. Ferner weist der Kolben einen Kolbenboden 15* ein Gürtelstückl6.mit ringsumlaufenden Nuten IT zur Aufnahme der Kolbenringe, ein zwischen Kolbenboden 15 und dem Kppfabschnitt 19 des Kolbenkörpers Io liegendes Zwischenstück 18 sowie schliesslieh eine Schürze 2o auf.

Der Kolbenboden 15ist aus niedrig legiertem Stahl gegossen und etwa tellerförmig ausgebildet. Das ringförmige Gürtelstück l6 .ist entweder mit dem Kolbenboden in einem Stück gegossen oder es wird getrennt von ihm hergestellt und dann mit ihm.-verschwelsst* Ausäerdem sind zusammen mit dem Kolbenboden eine Mehrzahl, insgesamt

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sechzig, kurze säulenartige Stifte 25 gegossen, die in'sechs konzentrischen Ringen angeordnet sind und von der Unterseite des Kolbenbodens aus nach unten vorragen. Sämtliche Stifte 25 sind parallel zur Mittellängsachse des oberen Abschnittes des Kolbenkörpers Io gerichtet. Wie aus'Fig. 2 zu erkennen ist, haben die Stifte 25 alle einen länglichen Querschnitt, der jedoch in den verschiedenen Ringen unterschiedlich gross ist. In der radial gesehen vorletzten ringförmigen Stiftreihe sind die Stiftquerschnitte länger als in den übrigen Ringreihen. Die Stifte haben alle in radialer Richtung die gleiche Querschnittsbreite. Einige der Stifte weisen verstärkte, im Querschnitt kreisförmige Wurzelenden 28 auf, in die von der Oberseite des Kolbenbodens her mit Gewinde versehene Bohrungen 29 hineinragen. Zusätzlich zu den Stiften 25 sind mit dem Kolbenboden-Gußstück aus einem Stück bestehende und aus ihm herausragende, im Querschnitt kreisförmige Ansätze J5o vorgesehen. Diese Ansätze haben Gewindebohrungen J>1, in die Bolzen 52 einschraubbar sind, mit denen der Kolbenboden 15 fest mit dem Zwischenstück 18 verbunden ist. Die dem Kolbenboden 15 abgewandten Enden der Stifte 25 und Ansätze Jo liegen sämtlich in einer gemeinsamen Ebene und legen sich gegen ebene, am Zwischenstück l8 vorgesehene Stützflächen.

Das Zwischenstück l8 hat^f eine ebene Grundfläche J>5, die mehrere gleichachsig angeordnete, aufwärts ragende, ringförmige Rippen 36 trägt. Diese Rippen bilden eine Art Gestell, dessen Oberflächen die ebenen Stützflächen bilden, auf denen sich die Stifte 25 und Ansätze ~$o abstützen. Auf diese Weise werden die auf den Kolbenboden 15 ausgeübten Druckbeanspruchungen auf das Zwischenstück l8 und von diesem auf den den Kolbenbolzen 12 tragenden Kolbenkörper 19 Übertragen.

Bei der für eine Maschine mit Kreuzkopf bestimmten Abänderungsform nach Fig. 4 ist der Kolbenboden 15A nicht mit den säulenartigen Stiften 25A aus einem Stück gegossen, sondern bildet ein besonderes Teil, nämlich eine ca 12 bis 15 mm starke, gegebenenfalls durch einen Drückvorgang geformte, Stahlplatte, an die das ringförmige Gürtelstück ΐβΑ bei J9A angeschweisst ist. An die Unterseite dieser Stahlplatte sind die Enden von sechzig kurzen Stahlstiften

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25A mit einem Durchmesser von etwa 14,5 mm angeschweisst. Kolbenboden und ringförmiges Gürtelstück sind mittels Bolzen 42Ä starr mit einem Zwischenstück l8A verbunden, das seinerseits durch auf der Zeichnung nicht dargestellte Mittel fest mit dem Kopf 10A einer Kolbenstange vereinigt ist. Aus der Abbildung ist zu erkennen., dass der gegebenenfalls im Drückvorgang hergestellte Kolbenboden 15A tellerartig ausgebildet und in Umfangsrichtung wellenförmig gestaltet ist, so dass vier Ringflächen 40A entstehen, an denen die Stifte 25A in vier konzentrischen Ringreihen ahgeschweisst sind. Einige der Stifte 25A sind am unteren Ende 4lÄ verdickt ausgebildet und mit Gewindebohrungen versehen, in die die Bolzen 42A einschraubbar sind, mit denen der Kolbenboden und das Zwischenstück ι 1.8a zusammengehalten werden. Bei der dargestellten"Ausführung besteht dieses Zwischenstück aus einem ringförmigen Block, der sich gegen die Oberseite des Kolbenstangenkopfes 1OAlegtj das Zwischenstück kann aber auch als rippenförmiges Gestell ausgebildet sein. Im Kolbenstangenkopf 1OA und in dem Zwischenstück ISA sind Kanäle 43A vorgesehen, durch die Kühlöl an die Unterseite des Kolbenbodens 15A geführt wird. An dem Zwischenstück ISA sind Leitbleche 44a für das Kühlöl durch Bolzen befestigt oder angeschweisst, damit eine sichere Kühlung des Kolbenbodens durch das öl, welches durch die Kanäle 4^A eintritt, auch bei gyingen Motorgeschwindigkeiten und bei Leerlauf sichergestellt ist.

Bei Verwendung der in Fig. 4 veranschaulichten zusammengesetzten Kolbenbodenausführung, anstelle des aus einem einzigen Gußstück bestehenden Kolbenbodens 15 nach den Fig. 1-3, wird ein möglicherweise nur mit Schwierigkeiten durchführbarer Stahlguss mit unter Umständen hohem Ausschuss vermieden. Ausserdem ist das Risiko ausgeschlossen, dass der Kolbenboden nicht ohne weiteres erkennbare Lunkerstellen odgl. aufweist> die im Betriebe zu Störungen infolge von Wärmerissen führen können.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche

Kolben für eine Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl· von zwischen der Unterseite des Kolbenbodens (15,15A) und dem Kolbenkörper Io bzw. dem Kolbenstangenkopf (lOA) vorgesehenen säulenartigen Stiften odgl. (25, 25A) zur Übertragung der auf den Kolbenboden ausgeübten Druckbeanspruchungen auf den Kolbenkörper oder die Kolbenstange bzw. auf ein an ihm befestigtes Zwischenstück (l8, i8a), wobei die oberen Enden dieser Stifte an über die ganze oder annähernd ganze Unterseite des Kolbenbodens verteilten Stellen mit dem Kolbenboden fest vereinigt sind, während die unteren, nicht miteinander vereinigten Stiftenden sich gegen den Kolbenkörper oder die Kolbenstange bzw. das erwähnte Zwischenstück an Stellen legen, die innerhalb der GUrtelzone des Kolbens über die ganze oder annähernd ganze Oberfläche des Kolbenkörpers verteilt sind.

2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachsen der säulenartigen Stifte odgl. parallel zueinander und zur Hubrichtung (27) des Kolbens gerichtet sind.

5. Kolben nach Anspruch 1 oder 2, dadu rch gekennzeichnet, dass die säulenartigen Stifte mit dem Kolbenboden aus einem Stück bestehen.

4. Kolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die säulenartigen Stifte besondere, vom Kolbenboden unabhängig hergestellte, jedoch mit ihrem einen Ende an den Kolbenboden angeschweisste Teile (25A) sind.

5. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenboden (ISA) tellerartig ausgebildet, mit dem Gürtelstück (i6a) verschwelest und mit mehreren konzentrischen, ringförmigen Flächen versehen ist, mit denen die oberen Enden der

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säulenartigen Stifte odgl. fest verbunden, z.B. verschweisst, sind.

6. Kolben nach-einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Kolbenboden abgewandten freien unteren Enden der säulenartigen Stifte in einer Ebene liegen und sich auf einer (oder mehreren) ebenen Fläche eines Zwischenstücks (18, 18a) abstützen, das an der Oberseite des Kolbenkörpers, bzw. Kolbenstangenkopfes befestigt ist.

7· Kolben nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenstück aus einer an der Oberseite des Kolbenkörpers bzw. des Kolbenstangenkopfes befestigten Grundplatte (35) besteht, die an ihrer Oberseite mehrere konzentrische Ringrippen (36) ■ aufweist, deren obere Endflächen die Stützebenen für die freien unteren Enden der säulenartigen Stifte odgl. bilden.

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