DE2141054B2

DE2141054B2 - Gekuehlter leichtmetallkolben

Info

Publication number: DE2141054B2
Application number: DE19712141054
Authority: DE
Inventors: Rudolf 7107 Neckarsulm; Bordt Manfred 7101 Cleversulzbach Henle
Original assignee: Karl Schmidt Gmbh, 7107 Neckarsulm
Priority date: 1971-08-17
Filing date: 1971-08-17
Publication date: 1976-01-15
Also published as: DE2141054A1

Description

Die Erfindung betrifft einen gekühlten Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen 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, verlaufenden ringförmigen Kühlkanal, an dem die beiden Schweißnähte jeweils mit Abstand vorbeigeführt sind und außerhalb des Kühlkanals enden, wobei die zu den Schweißnähten Verlaufenden Fugen zwischen Kolbenkopf und Hülse flicht verschweißt sind.

Bei hoch aufgeladenen Brennkraftmaschinen sind die Kolben hohen Zünddrücken mit entsprechend gesteiferter mechanischer Beanspruchung sowie vermehrtem Wärmeeinfall mit den damit verbundenen höheren Temperaturen an Kolbenboden und Ringpartie ausgeletzt. Um dabei das Auftreten von Rissen im Kolben- |>oden infolge Verminderung der Werkstoffestigkeit flmd andererseits ein Festkleben des obersten Kolbenfings beim Überschreiten der Verkokungstemperatur des verfügbaren Schmieröls zu vermeiden, muß in vielen Fällen ein Kühlkanal im Kolbenkopf angeordnet werden. to

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 ⁶S Kolbenmaterial im Bereich der Bodenmulde und der Bolzenaugenabstützung und nach einer wirksamen Nutenbewehrung vorliegt.

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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 12 45 640). 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 Kolbenrändern den Hohlraum nicht anschneidenden Flächenteilen und aus von diesen im Winkel abzweigenden in den Hohlraum einmündenden Fiächenteilen bestehen. Die Breite der Flächenteile entspricht derjenigen, der durch Entlangführen des Ladungsträgerstrahls an den erstgenannten Flächenteilen erzielten Schweißnaht (DT-AS 12 51 588). Eine weitere Ausgestaltung eines solchen Kolbens besteht gemäß DT-PS 12 96 879 darin, daß die Hülse auch den Kolbenboden umfaßt, in dem ein daran angebrachter Zapfen den Kolbenkopf durchdringt und entlang der Mantelfläche des Zapfens mit dem Kolben verschweißt ist. Im Bereich zwischen den Zapfen und dem im Bereich der Ringzone vorgesehenen Hohlraum besteht eine ringförmige nicht verschweißte Auflagefläche.

Beide Ausführungsformen haben den Nachteil, daß zur Vermeidung von schädlichen Schweißperlen in den Kühlkanälen ein so großer Sicherheitsabstand von den Kühlkanälen gewählt werden muß, daß mehr oder weniger große Spalte, die auf Grund 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, abzusetzen (DT-PS 12 62 071). 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 hat.

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 herabsetzenden Kerben bestehen bleiben.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Schweißnähte in einem im Kolbenkopf und in der Hülse mit geringstem Abstand zum Kühlkanal — vorzugsweise ist der Abstand größer als die Breite der Schweißnaht — angeordneten, ringförmigen Hohlraum enden.

Dabei verlaufen die sich vom Kühlkanal zum ringförmigen Hohlraum erstreckenden unverschweißten Flächen vorzugsweise unter einem Winkel von 90° zur Schweißnaht. Nach dem Stand der Technik ist es üblich, die ringförmige Hülse auf den im Durchmesser entsprechend verkleinerten Kolbenkopf aufzusetzen.

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Es ist jedoch auch möglich, bei Kolben mit einer Brennmulde die Ausnehmung brennraummuldenseitig am Kolbenkopf anzuordnen, in die dann die ringförmige Hülse eingesetzt ist.

Die F i g. 1 zeigt den Teillängsschnitt durch einen in seinem Durchmesser verkleineren Koibenkopi i, der mit einer in der obersten Ringnut 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! und in der Hülse 1 verlaufenden, ringförmigen Hohlraum 5 enden. Die von dem Hohlraum 5 zum Kühlkanal 4 unter einem Winkel von 90° zur Schweißnaht verlaufenden Flächen sind nicht verschweißt

In Fig.2 ist der Teillängsschnitt durch einen Kolbenkopf 7 mit einer Brennmulde 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 im Kolbenkopf 7 und in der Hülse 9 außerhalb vom Kühlkanal 11 angebrachten Hohlraum %2. Die von dem Hohlraum 12 zum Kühlkanal 11 unter einem Winkel von 90° 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 Ke.be 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche: 21 3

1. Gekühlter Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen 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 Ladungsträger- ίο Strahls verschweißt ist, verlaufenden, ringförmigen Kühlkanal, an dem die beiden Schweißnähte jeweils mit einem Abstand vorbeigeführt sind und außerhalb des Kuhlkanals enden, wobei die vom Kühlkanal zu den Schweißnähten verlaufenden Fugen zwischen Kolbenkopf und Hülse nicht verschweißt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißnähte (6, 10) in einem im Kolbenkopf (1, 7) und in der Hülse (2,9) mit geringstem Abstand zum Kühlkanal angeordneten ringförmigen Hohlraum *> (5,12) enden.

2. Gekühlter Leichtmetallkolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem ringförmigen Hohlraum (5,12) und dem Kühlkanal (4, 11) größer ist als die Breite der Schweißnaht (6,10).

3. Gekühlter Leichtmetallkolben nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Kühlkanal (4, 11) zum ringförmigen Hohlraum (5, 12) verlaufende Fuge mit der Schweißnaht (6,10) einen Winkel von 90° einschließt.