DE2141054A1 - Gekuehlter leichtmetallkolben - Google Patents

Description

• Gekühlter Leichtmetallkolben Die Erfindung betrifft einen gekühlten Leichtmetallkolben für Verbrennungskraftmaschinen mit einem im Kolbenkopf, vorzugsweise im Bereich hinter dem Ringfeld zwischen einer im Kolbenkopf angebrachten Ausnehmung und einer in diese Allsnehmung eingesetzten ringförmigen Hülse, die mit dem Kolbenkopf über die einander berührenden Flächen mittels eines Ladungsträgerstrahls verschweißt ist, angebrachten in Kolbenkopf und Hülse verlaufenden ringförmigen Kühlkanal, an dem die beiden Schweißnähte mit Abstand vorbeigeführt sind0 Bei hoch aufgeladenen Verbrennungskraftmaschinen sind die Kolben hohen Zünddrücken mit entsprechend gesteigerter mechanischer Beanspruchung sowie vermehrtem Wärme einfall mit den damit verbundenen höheren Temperaturen an Kolbenboden und Ringpartie ausgesetzt. Um dabei das Auftreten von Rissen im Kolbenboden infolge Verminderung der Werkstoffestigkeit und andererseits ein Festkleben des obersten Kolbenrings beim Uberschreiten der Verkokungstemperatur des verfügbaren Schmieröls zu vermeiden, muß in vielen Fällen ein Kühlkanal im Kolbenkopf angeo.rcUnet werden.
• Bei der Herstellung von gekühlten Leichtmetallkolben bietet die Anwendung des Schweißens mit Hilfe von Ladungsträgerstrahlen ausgezeichnete Möglichkeiten, insbesondere dann, wenn außer der Forderung nach Kühlung auch der Wunsch nach gepreßtem Kolbenmaterial im Bereich der Bodenmulde und der Bolzenaugenabstützung und nach einer wirksamen Nutenbewehrung vorliegt Diese Forderung kann durch Herstellung eines Kolbens mit im Bereich der Ringzone zwischen einem im Durchmesser verkleinerten Teil des Kolbenkopfs und einer auf diesen aufgesetzten Hülse gebildeten ringförmigen Hohlraum erfüllt werden. Die einander berührenden Flächen des Kolbenkopfs und der Hülse sind mittels eines längs dieser Flächen geführten Ladungsträgerstrahls miteinander verschweißt. Der Kolbenkopf und die Hülse weisen über die Eindringtiefe des Ladungsträgerstrahls hinausragende Teile auf, die in dem Bereich zwischen der kleinsten und größten Eindringtiefe so dünnwandig sind, daß in ihnen keine Spannungen auftreten können (DT-PS 1 245 640). Abgesehen davon, daß ein spannungsfreies Verschweißen nie möglich ist, hat diese Ausführung den Nachteil der zerklüfteten Oberfläche des Kühlkanals, wodurch eine optimale Kühlung verhindert wird.
• Bekannt ist ferner, daß die einander berührenden Flächen des Kolbenkopfs und der aufgesetzten Hülse aus von den Kolbenränder den Hohlraum nicht anschneidenden Flächenteilen und aus von diesen im Winkel abzweigenden in den Hohlraum einmündenden Flächenteilen bestehen. Die Breite der Flächenteile entspricht derjenigen, der durch Entlangführen des Ladungsträgerstrahls an den erstnannten S henteilen erzielten Schweißnaht (DT-AS 1 251 588).
• Diese Ausführungsform hat den Nachteil, daß zur Vermeidung von schädlichen Schweißperlen im Kühlkanal ein so großer Sicherheitsabstand gewählt werden muß, daß mehr oder? wenier große Spalte, die aufgrund der Kerbwirkung zu Dauerbrüchen führen können, bestehen bleiben.
• Ein weiterer Vorschlag geht dahin, die einander berührenden und verschweißten Flächen von Kolbenkopf und Hülse gegenüber einander berührenden und nicht verschweißten Flächen oder gegenüber dem Kühlkanal durch ringförmige Einlagen, in welche die Schweißnähte hineinragen,çabzusetzen (DT-PS 1 262 071). Hierbei gibt es keine unverschweißten Fugen, von denen Spannungsrisse ausgehen können. Nachteilig ist jedoch, daß diese Ausführungsform sehr aufwendig ist und bisher keine praktische Anwendung gefunden hat0 Die Erfindung hat sich nun die Aufgabe gestellt, einen Leichtmetallkolben aus zwei Teilen in vergleichsweise einfacher Ausführung herzustellen, bei dem das Eintreten von Schweißperlen in den Kühlkanal verhütet wird und keine die Festigkeit des Kolbens herabsetzende Kerben bestehen bleiben.
• Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Schweißnähte jeweils in einem æußerh- des Kuhlkanals im Kolbenkopf und in der Hülse verlaufenden ringförmigen vorzugsweise einen kreisrunden Querschnitt aufweisenden Hohlraum enden, der mit geringstem Abstand zum Kühlkanal -vorzugsweise ist der Abstand größer als die Breite der Schweißnaht - angeordnet ist0 Dabei verlaufen die sich vom Hohlraum zum Kühlkanal erstreckenden unverschweißten Flächen unter einem bestimmten Winkel - aus fertigungstechnischen Gründen vorzugsweise 900 - zur Schweißnaht.
• Nach dem Stand der Technik ist es üblich, die ringförmige Hülse auf den im Durchmesser entsprechend verkleinerten Kolbenkopf aufzusetzen0 Es ist jedoch auch möglich, bei Kolben mit einer Brennmulde die Ausnehmung brennmuldenseitig am Kolbenkopf anzuordnen, in die dann die ringförmige Hülse eingesetzt ist.
• Die Fig. 1 zeigt den Teillängsschnitt durch einen in seinem Durchmesser verkleinerten Kolbenkopf 1, der mit einer in der obersten Ringnute mit einem Ringträger 3 versehenen ringförmigen Hülse 2 in der Weise verschweißt ist, daß die Schweißnähte 6 jeweils in einem außerhalb des Kühlkanals 4 im Kolbenkopf 1 und in der Hülse 2 verlaufenden ringförmigen Hohlraum 5 enden. Die von dem Hohlraum 5 zum Kühlkanal 4 unter einem Winkel von 900 zur Schweißnaht verlaufenden Flächen sind nicht verschweißt.
• In Fig. 2 ist der Teillängsschnitt durch einen Kolbenkopf 7 mit einer Verbrennungsmulde 8 dargestellt. In der brennmuldenseitig radial angebrachten Ausnehmung ist eine ringförmige Hülse 9 eingesetzt und mit dem Kolbenkopf 7 über die Schweißnähte 10 verbunden. Die Schweißnähte 10 enden jeweils in einem im Kolbenkopf 7 und in der Hülse 9 außerhalb vom Kühlkanal 11 angebrachten Hohlraum 12. Die von dem Hohlraum 12 zum Kühlkanal 11 unter einem Winkel von 900 zur Schweißnaht verlaufenden Flächen sind nicht verschweißt.
• Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß der Ladungsträgerstrahl in einem außerhalb des Kühlkanals liegenden Hohlraum endet, so daß keine schädlichen Schweißperlen in den Kühlkanal eindringen können. Die in der zwischen dem Hohlraum und dem Kühlkanal liegenden Barriere bestehende durch die Trennflächen gebildete Kerbe ist völlig spannungsfrei, so daß dadurch keine Dauerbrüche entstehen können. Die Ausdehnung des Hohlraums ist so gewählt, daß beim Motorbetrieb keine Deformation durch die in den Hohlraum eingelagerten Schweißperlen entsteht.
• Es hat sich außerdem gezeigt, daß zwischen den zwischen Hohlraum und Kühlkanal liegenden unverschweißten Flächen Kühlmittel in die Hohlräume eindringt, diese füllt und im Motorbetrieb verkoken kann, wodurch alle Schweißperlen festgesetzt werden.
• Patentansprüche

Claims (3)

1. PATENTLNSPR0CHE 1) Gekühlter Leichtmetallkolben für Verbrennungskraft maschinen mit einem im Kolbenkopf, vorzugsweise im Bereich hinter dem Ringfeld, zwischen einer im Kolbenkopf angebrachten Ausnehmung und einer in diese Ausnehmung eingesetzten, ringförmigen Hülse, die mit dem Kolbenkopf über die einander berührenden Flächen mittels eines Ladungsträgerstrahls verschweißt ist, angebrachten im Kolbenkopf und Hülse verlaufenden ringförmigen Kühlkanal, an dem die beiden Schweißnahte mit Abstand vorbeigeführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißnähte (6, 10) Jeweils in einem außerhalb des KiihUcanals (4, 11) im Kolbenkopf (1, 7) und in der Hülse (2, 9> mit geringstem Abstand zum Kühlkanal angeordneten ringförmigen Hohlraum (5, 12) enden, wobei die vom Hohlraum zum Kühlkanal unter einem bestimmten Winkel zur Schweißnaht verlaufenden Flächen von Kolbenkopf und Hülse nicht verschweißt sind.
2. 2) Gekühlter Leichtmetallkolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen ringförmigem Hohlraum (5, 12) und Kühlkanal (4, 11) größer ist als die Breite der Schweißnaht (6, 10).
3. 3) Gekühlter Leichtmetallkolben nach Anspruch 1 und Anapeuch 2 dadurch gekennzeichnet, daß die sich vom ringfdrmigen Hohlraum (5, 12) zum Kühlkanal (4, 11) erstreckenden Flächen unter einem Winkel von 900 zur Schweißnaht (6, 10) verlaufen.