DE2212922B2

DE2212922B2 - Gebauter kolben fuer verbrennungskraftmaschinen

Info

Publication number: DE2212922B2
Application number: DE19722212922
Authority: DE
Inventors: Gerhard 7107 Bad Wimpfen Schieber
Original assignee: Karl Schmidt Gmbh, 7107 Neckarsulm
Priority date: 1972-03-17
Filing date: 1972-03-17
Publication date: 1976-02-05
Also published as: BR7301884D0; DE2212922A1; JPS4912223A

Description

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Die Erfindung betrifft einen gebauten Kolben für ferbrennungskraftmaschinen, bestehend aus einem Colbenkopf und Kolbenschaft, die über einen mit zwei Gewinden versehenen Schraubring lösbar miteinander ^rerbunden sind.

Um die Vorteile eines aus einem Eisenwerkstoff, insiesondere aus Gußeisen oder Stahl, gefertigten Kolbens für Verbrennungskraftmaschinen mit den Vorteilen eines Leichtmetallkolbens zu vereinigen, sind Kolben entwickelt worden, deren Kolbenkopf aus einem Eisenwerkstoff und deren Kolbenschaft aus Leichtmetall besteht. Auf diese Weise ist die gute Wärmeleitfähigkeit und das relativ geringe Gewicht des Leichtmetalls mit der hohen Verschleißfestigkeit des Eisenwerkstoffs kombiniert. Solche Kolben finden insbesondere bei schneüaufenden Hochleistungs-Viertakt-Dieselmotoren speziell im Eisenbahn- und Schiffbetrieb Verwendung.

Aus Mahle, Kolbenkunde. Stuttgart-Bad Cannstatt, 1964, S. 17, ist ferner bekannt, bei gebauten Kolben das aus Leichtmetall gebildete Oberteil mit dem aus Grauguß bestehenden Unterteil durch mehrere Schrauben zu verbinden.

Man kennt ferner einen gebauten Kolben, in dessen aus einem Eisenwerkstoff gefertigten Oberteil Stehbolzen angeordnet sind, gegen die das aus Leichtmetall bestehende Unterteil über Muttern verschraubt ist.

Der Nachteil dieser Kolbenbauarten liegt in der praktisch punktförmigen Verbindung von Ober- und Unterteil, durch die unter dem Verbrennungsdruck eine den Verschleiß bewirkende Relativbewegung zwischen beiden Kolbenbauteilen entsteht.

Aus der US-PS 13 77 346 ist ein Kolben bekannt, bei dem der Kolbenboden mit einem Teil des Ringfeldes über einen Schraubring mit dem anderen Kolbenteil verbunden ist. Ein solcher Kolben erfordert einen erheblichen Herstellungsaufwand. Darüber hinaus muß die Verschraubung durch Stifte gesichert sein.

Auch wird ein gebauter Kolben angewendet, bei dem das mit einem entsprechenden Gewinde versehene Oberteil mit dem mit einem entsprechenden Gegengewinde ausgestatteten Unterteil verschraubt ist. Dadurch entsteht eine großflächige Verbindung insbesondere dann, wenn zusätzlich eine Zentralverschraubung zwischen Ober- und Unterteil besteht. Obwohl bei dieser Kolbenbauart keine den Verschleiß erzeugende Relativbewegung zwischen Ober- und Unterteil entsteht, ist sie nur vereinzelt im Einsatz, da auf Grund des ungleichen Gewindeauslaufs eines der Verbindungsteile rotationssymmetrisch sein muß. Das Kolbenunterteil ist jedoch in der Regel wegen der Kclbenbolzennaben nicht rotationssymmetrisch. Ebenso ist das Kolbenoberteil bei modernen Hochleistungsmotoren nicht symmetrisch, da entweder die Brennmulde versetzt und/oder die Ventiltaschen unsymmetrisch angeordnet sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, Kolbenkopf und Kolbenschaft eines gebauten Kolbens, die vorzugsweise nicht rotationssymmetrisch gestaltet sind, lösbar miteinander zu verbinden.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der für seine Betätigung zugängliche Schraubring mit zwei gegenläufigen Gewinden versehen ist von denen das eine die Verbindung mit dem Kolbenkopf und das andere die Verbindung mit dem Kolbenschaft gewährleistet.

Mit Hilfe eines solchen Schraubringes können KoI benkopf und Kolbenschaft in Position miteinander ver schraubt werden, d. h. die beiden Teile können zusam mengezogen werden, ohne daß sich ihre Umfangslagi ändert.

Bei einem gebauten Kolben, dessen Kolbenkopf dei Kolbenschaft überlappt, ist im Bereich der Überlap pung ein Schraubring angeordnet, auf dessen Innensei te das eine und auf dessen Außenseite das gegenläufig

Gewinde angebracht ist.

Am kolbenunterteilseitigen Rand des Schraubringes ist ein Außenbund zwischen Kolbenkopf und Kolbenschaft im Bereich des Ringfeldes angeordnet. Dieser Außenbund kann entweder eine Nut für die Aufnahme eines Kolbenringes oder Ausnehmungen aufweisen, in die ein Spezialschlüssel zum Verspannen des Schraubringes einsetzbar ist.

Eine vorzugsweise Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß sowohl das eine wie auch das gegenläufige Gewinde auf der Innenseite des Schraubringes angebracht und der Schraubring in einer auf dem Außenmantel von Kolbenkopf und Kolbenschaft im Bereich ihrer Verbindungsstelle befindlichen Ausnehmung angeordnet ist.

Bei Kolben vornehmlich für rnittelschnellaufende Dieselmotoren mit einem Zylinderdurchmesser von etwa 200 mm kann die thermische Deformation des Kolbenkopfes mit der Folge des Auseinanderklaffens am Innendurchmesser der Absiützfläche zwischen KoI-benkopf und Kolbenschaft vermieden werden, wenn beide Kolbenbauteile über den im Bereich des Innendurchmessers ihrer Abstützflächen angeordneten Schraubring, bei dem sich das eine sowie das gegenläufige Gewinde auf seiner Außenseite befinden, verbunden sind.

In einigen Fällen reicht es aus, wenn der Schraubring aus einem zentral angebrachten Bolzen besteht, dessen mit dem einen Gewinde ausgestatteter Kopf mit dem Kolbenschaft und dessen anderer mit dem gegenläufigen Gewinde versehener Teil mit dem Kolbenkopf verschraubt ist.

Im Rahmen der besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist es bei gebauten Kolben, bei denen Kolbenkopf und Kolbenschaft aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen, angebracht, wenn das eine und das gegenläufige Gewinde des Schraubringes eine unterschiedliche Länge und/oder Steigung besitzen, wobei das Gewinde mit der größeren Länge und/oder Steigung mit dem Werkstoff geringerer Festigkeit, z. B. Leichtmetall, und das Gewinde mit der kleineren Länge und/oder Steigung mit dem Werkstoff höherer Festigkeit, z. B. Stahl, verbunden sind.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, daß die nicht rotalionssymmetrischen Kolbenkopf und Kolbenschaft eines gebauten Kolbens großflächig miteinander verbunden werden können, wodurch eine Verschleiß- und Spannungsreduzierung gegenüber Kolben mit punktförmiger Verbindung der beiden Kolbenbauteile erreicht wird.

Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Ausschnitt aus einem Längsschnitt durch einen Kolben, bei dem zwischen dem aus Leichtmetall bestehenden Kolbenschaft 1 und dem den Kolbenschaft überlappenden, aus Gußeisen bestehenden Kolbenkopf 2 im Überlappungsbereich ein mit einem kolbenschaftseitigen Außenbund im Bereich des Ringfeldes versehener Schraubring 3 eingesetzt ist, bei dem das auf der Außenseite angebrachte Gewinde gegenläufig zu dem auf der Innenseite angebrachten Gewinde verläuft Als Verdrehsicherung ist zwischen Kolbenschaft 1 und Kolbenkopf 2 ein Paßstift 4 angeordnet.

F i g. 2 einen Längsschnitt durch einen Kolben, dessen aus Leichtmetall bestehender Kolbenschaft 5 mit dem aus Stahl bestehenden Kolbenkopf 6 über einen in einer entsprechenden Ausnehmung liegenden, auf der Innenseite mit dem einen und dem gegenläufigen Gewinde versehenen Schraubring 7 verbunden ist. Um eine Aufwölbung des Kolbenbodens zu verhindern, ist der Kolbenkopf 6 zusätzlich über eine zentral angeordnete Schraube 8 mit dem Kolbenschaft 5 verspannt. Im Kolbenboden ist eine die Unsymmetrie bedingende Ventiltasche 9 im Bereich des Teils 10 der Innenform angeordnet

Fig.3 einen Ausschnitt aus einem Längsschnilt durch einen Kolben, dessen Kolbenkopf 11 aus Grauguß und dessen Kolbenschaft 12 aus Leichtmetall besteht. Der Kolbenkopf 11 üterlappt den Kolbenschaft 12, wobei im Bereich der Überlappung ein Schraubring 13 wit einem auf der Innenseite und auf der Außenseite vorhandenen Gewinde und einem am kolbenschaftseitigen Rand befindlichen Außenbund angeordnet ist. In dem Außenbund des Schraubringes 13 ist eine Kolbenringnute 14 angebracht. Die Länge des mit dem Kolbenschaft 12 verbundenen Gewindes ist bei gleicher Steigung etwa doppelt so lang wie die Länge des mit dem Kolbenkopf 11 verschraubten Gewindes. Aus diesem Grund wird der Schraubring 13 vor dem Aufschrauben des Kolbenkopfes 11 bereits über etwa die Hälfte der Länge des Gewindes mit dem Kolbenschaft 12 verschraubt.

F i g. 4 einen Längsschnitt durch einen Kolben, bei dem der aus Grauguß bestehende, nicht rotationssymmetrische Kolbenkopf 15 mit dem aus Leichtmetall bestehenden Kolbenschaft 16 über einen im Bereich ihrer Berührungsflächen angebrachten, auf der Außenseite mit beiden Gewinden versehenen Schraubring 17 verbunden ist. Der Schraubring 17 trägt im Bereich des Kolbenkopfes 15 ein gegenüber dem Bereich des Kolbenschaftes 16 gegenläufiges Gewinde. Die Verspannung des Schraubringes 17 erfolgt über einen zentral in diesem angeordneten und über Speichen 18 einteilig mit diesem verbundenen Innenvierkant 19 durch eine im Kolbenschaft 16 des Kolbens angebrachte öffnung 20.

F i g. 5 einen Längsschnitt durch einen Kolben, dessen aus Gußeisen bestehender, über den aus Leichtmetall bestehenden Kolbenschaft 21 greifender Kolbenkopf 22 über einen Bolzen 23 mit diesem in der Weise verschraubt ist, daß der mit dem einen Gewinde versehene Bolzenkopf 24 mit dem Kolbenschaft und dessen anderer mit einem gegenläufigen Gewinde versehene Teil 25 mit dem Kolbenkopf 22 verbunden ist.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

Ϊ. Gebauter Kolben für Verbrennungskraftmaschinen, bestehend aus einem Kolbenkopf und einem Kolbenschaft, die über einen mit zwei Gewinden versehenen Schraubring lösbar miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der für seine Betätigung zugängliche Schraubring mit zwei gegenläufigen Gewinden vsrsehen ist, von denen das eine die Verbindung mit dem Kolbenkopf und das andere die Verbindung mit dem Kolbenschaft gewährleistet.
2. Gebauter Kolben nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß der Schraubring auf der Innenseite mit dem einen Gewinde und auf der Außenseite mit dem gegenläufigen versehen und im Bereich der Überlappung von Kolbenkopf und Kolbenschaft angeordnet ist.
3. Gebauter Kolben nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am kolbenschafiseitigen Rand des Schraubringes ein Außenbund angeordnet ist, der sich zwischen Kolbenkopf und Kolbenschaft im Ringfeld befindet.
4. Gebauter Kolben nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Außenbund eine Nut zur Aufnahme eines Kolbenringes angebracht ist.
5. Gebauter Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eine und das gegenläufige Gewinde auf der Innenseite des Schraubringes angebracht und der Schraubring in einer auf dem Außenmantel von Kolbenkopf und Kolbenschaft befindlichen Ausnehmung angeordnet ist.
6. Gebauter Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eine und das gegenläufige Gewinde auf der Außenseite des Schraubringes angebracht und der Schraubring in eine entsprechende, in Kolbenkopf und Kolbenschaft im Bereich der Innendurchmesser ihrer Abstützfläche angebrachte Ausnehmung eingesetzt ist.
7. Gebauter Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schraubring als Bolzen ausgebildet ist, wobei der Bolzenkopf mit dem Kolbenschaft und der andere Teil des Bolzens mit dem Kolbenkopf verbunden ist.
8. Gebauter Kolben nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dessen Kolbenkopf und Kolbenschaft aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß das eine und das gegenläufige Gewinde des Schraubringes eine unterschiedliche Länge und/oder Steigung haben, wobei das Gewinde mit der größeren Länge und/oder Steigung mit dem Werkstoff geringerer Festigkeil und das Gewinde mit der kleineren Länge und/oder Steigung mit dem Werkstoff höherer Festigkeit verbunden ist.