DE2238335A1

DE2238335A1 - Kolben mit einem kolbenringhalter

Info

Publication number: DE2238335A1
Application number: DE19722238335
Authority: DE
Inventors: Harry Lawrence Polidan
Original assignee: Sealed Power Corp
Current assignee: SPX Corp
Priority date: 1971-08-19
Filing date: 1972-08-04
Publication date: 1973-03-01
Also published as: BE787720A; BR7205633D0; IT961835B; JPS4829948A; FR2150184A5; GB1366413A; AU459466B2; AU4500372A; ES405947A1

Description

Sealed Power Corporation

Muskegon, Michigan
49443, V.St.A.

Kolben mit einem Kolbenringhalter

Die Erfindung betrifft einen Kolben für Verbrennungsmotoren insbesondere aus einem Nicht-Eisen-Material.

Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, einen NichtEisen-Kolben durch eine Kolbenringnut am Kopfende zu verbessern, weicherwirtschaftlich in der Herstellung und. in der Montage ist.

Die gestellte Aufgabe soll bei einem Kolben der erwähnten Art dadurch gelöst werden, daß der Nicht-Eisen-Kolben auf seinem oberen Rand mit einem kreisförmigen Kalbenringhalter versehen wird. Zu diesem Zweck wird der Nicht-Eisen-Kolben auf seinem äußeren Kopfende mit einer halbschwalbenschwanzähnlichen Absetzung oder Ausnehmung versehen, die durch eine rückwärtige Umfangswand gebildet wird, welche axial einwärts von der transversalen Endfläche des Kopfendes und radial einwärts von der Außenperipherie des Kolbenkörpers verläuft und eine Schulterflache bildet, die allgemein radial um den Kolbenkörper vom Ende der rückwärtigen

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Wand und mit einem bestimmten Abstand von der Endfläche verläuft. Für die Ausfüllung der Ausnehmung wird erfindungsgemäß ein einstückig ausgebildeter, der Form der Ausbildung angepasster, Ring aus Eisen-Metall vorgeschlagen, der innen dem halbschwalbenschwanz- oder kegelförmig ausgebildeten Umfang angepasst ist und in innige Verbindung mit der rückwärtigen Wand der Ausnehmung gebracht werden kann, und der auf seinem äußeren Umfang mit einer Kolbenringnut versehen ist.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, sowie aus den beigefügten Patentansprüchen und den Zeichnungen.

Es zeigen:

Fig. 1 den teilweisen Schnitt des Zylinders eines Verbrennungsmotors mit Kolben und Kolbenringen;

Fig. 2 einen Teilschnitt des Kolbens nach Fig. 1; Fig. 5 die Draufsicht auf das Kopfende des Kolbens;

Fig. 4 den Schnitt des Kolben-Kopfendes mit Eisen-Metali-Kolbenringhalter;

Fig. ^lj den Schnitt des Kolben-Kopfendes mit Ausnehmung für den Kölbenringhalter.

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Wie aus der Fig. 1 zu ersehen ist, bewegt sich der Kolben 10 des Verbrennungsmotors in dem Zylinder 12 des Zylinderblokkes 14, der mit dem Zylinderkopf 16 abgeschlossen ist. Der Kolben 10 ist mit einem Pleuel 18 mittels Kolbenbolzen 20 verbunden. Bestückt ist der Kolben 10 mit dem Kolbenring 22, den oberen und mittleren Kompressionsringen 24 und 26, sowie mit dem Ölabstreifring 28, die von- den Ringnuten im Kolbenmantel 10 gehalten werden. Der Kolben 10 besteht aus einem Nicht-Eisen-Metall, z.B. einer Magnesium- oder Aluminium-Legierung und wenn er für einen Dieselmotor bestimmt ist, kann er in Form eines sogenannten "mexikanischen Hutes" mit einer Vertiefung 32 (Fig. 2) auf seiner Kopffläche 34 ausgebildet sein. Die Ringzone des Kolbens 10 umfasst die kreisförmig auf den Kolbenmantel 30 angeordneten Ringnuten 36, in welche die Kompressionskolbenringe 34 eingezogen werden.

Wie die Fig. 2 zeigt, ist der Kolben 10 auf seinem Umfang an der Kopffläche mit einem ringföfmigen Kolbenringhalter 38 ausgestattet, der auf seinem äußeren Umfang mit einer radialen Ringnut 42 für den Kolbenring 22 versehen ist. Der ringförmige Kolbenringhalter 38 wird in der am Kopfende des Kolbens halbschwalbenschwanz- oder kegelförmig ausgebildeten Ausnehmung 44 gehalten, welche durch die Ra-

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diele um den Umfang des Kolbens herum sich erstreckende Schulterfläche 45 und die im Verhältnis zur äußeren Kolbenwand schräg nach unten geneigte Rückwand 48 gebildet wird. Der Kolbenringhalter 38 wird vorzugsweise aus einem Niwiderstanctfähigen austenitischen Gußeisen i8% oder mehr als 18% Nickel, mit bis zu 7% Kupfer und mit 1,75 bis 496 Chrom hergestellt. Diese Gußeisenart hat einen Dehnungskoeffizient, der dem einer geeigneten Aluminium-Kolben-Legierung entspricht, die einen guten Wärmewiderstand bei hohen Temperaturen und Temperaturstürzen aufweist, sowie eine gute Standfestigkeit und Zähigkeit besitzt und auch ziemlich widerstandsfähig gegen oxidierende Säuren ist, was diese Gußeisenart besonders für die Verwendung in Verbrennungskammern von Kolbenmotoren bei Verbrennungskraftmaschinen geeignet macht.

Der ringförmige Kolbenringhalter 38 ist einstückig ausgebildet und wird in der Ausnehmung 44 des Kolbens 10 durch Einschrumpfung befestigt, und zwar dadurch, daß er zuerst erhitzt, dann aufgezogen und zum Schluß zusammen mit dem Kolben in Trockeneis gelegt wird. In der ersten Aufziehphase wird der Kolbenringhalter 38 so ausgebildet, daß er auf die Ausnehmung 44 aufgesetzt werden kann. Wie die Fig. 3 und 4 zeigen, wird der Kolbenringhalter 38 zuerst

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aus einem Gußeisenring 38» einstückig mit einer axial geneigten oder kegelförmigen inneren Wand 48 so ausgebildet, daß diese mit der zuständigen Rückwand 48 der Ausnehmung 44 des Kolbens in innige Verbindung gebracht werden kann (siehe Fig. 4 und 5). Vorzugsweise wird für die Wand 46 des Kolbenringhalters 38 und für die Rückwand 48 der Ausnehmung 44 ein Neigungswinkel von 5 zur Achse des Kolbens vorgesehen, so daß die Innenkante des Halters eine radial auswärts geneigte Kegelstumpf-Peripheriefläche in Richtung der Kolbenoberfläche hat. Wie aus der Fig. 5 zu ersehen ist, besteht der einstückig gegossene Kolben 10' aus dem zylindrischen Kolbenkörper mit einer am Kopfende ausgebildeten Ausnehmung 44, welche eine Schulter 45 und eine Rückwand 48 bildet. Wenn der Kolbenringhalter 38^f auf die Ausnehmung 48 des Kolbens 10 aufgezogen ist, werden vorzugsweise die Ringnut 42 in den Kolbenringhalter 38 und die Ringnut 36 sowie alle anderen Ringnuten (nicht dargestellt) in den Kolbenkörper 10 eingeschnitten. Die Kolbenoberfläche 34 und die anderen zylindrischen Peripherieflächen des Kolbenkörpers 10 und des Kolbenringhalters 38 werden danach vorzugsweise gemeinsam bearbeitet* um eine genaue Übereinstimmung der Ausbildung zu erhalten*

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Die schräggeneigte Wand 40, die an diese anliegende Wand 46,, sowie die Einschrumpfung des Kolbenringhalters 38 in die Ausnehmung 44 stellen eine Verbindung und eine Einfügung_: ^ ^ des Kolbenringhalters in die Kopffläche 34 des Kolbens dar, die verhindert, daß sich der Kolbenringhalter von dem Kolben während des Betriebes lösen oder auf diesem drehen kann. Die in dem gußeisernen, ringförmigen Kolbenringhalter 38 für den Kolbenring 22 ausgebildete Ringnut 42 hat eine außergewöhnliche Stärke und einen außergewöhnlichen Abnutzungswider stand, was besonders für hohe Temperaturen und die karbonisierende Umgebung vorteilhaft ist, welcher der Kolbenring 22 durch seine enge Verbindung mit dem Verbrennungsraum ausgesetzt ist. Die Bearbeitung oder das Gießen der Ausnehmung 44 an dem Kopfende des Kolbens 10 und die Bestückung der Ausnehmung durch ein Einschrumpfungsverfahren mit dem Kolbenringhalter 38, der mit geneigten Verbindungsflächen ausgestattet ist, trägt zur Schafffung eines Kolbens mit ausgezeichneten Eigenschaften gegen Verschleiß bei und ermöglicht es, die Herstellung und Montage wirtschaftlich zu gestalten.

Das Ausftihrungsbeispiel eines vorteilhaft arbeitenden Kolbonn nach der Erfindung, das jedoch nicht ils Beschränkung an2us€.'hfcn ist, war für die Benutzung in «inom Dieuelt.iofcor

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vorgesehen. Es hatte, folgende Abmessungen:

Außendurchmesser des Kolbenringhalters 38 = 112,14-113*26 mm Durchmesser der Kopffläche 34 des Kolbens 10 = 96,67-96,59 mm Axiale Breite des Kolbenringhalters 38 = 6,35-6,47 mm

Neigungswinkel der Wand 48 und der Randfläche 46 = 5° + 15^f - 0^f Zwischenraum zwischen der Wand 48 und der Randfläche 46 = 0,025 mm

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Claims

1.) Kolben für die Verwendung in Kolbenverbrennungsmotoren mit einem im wesentlichen zylindrischen Körper aus einem Nicht-Eisen-Metell,

dadurch gekennzeichnet, daß das Kopfende des Kolbenkörpers (10) mit einer kreisförmigen Ausnehmung (44) versehen ist, die von einer kreisförmigen Rückwand (48) gebildet wird, welche sich axial und einwärts von der transversalen Endfläche (34) des Kopfendes und radial einwärts von der äußeren Peripherie des Kolbenkörpers (10) erstreckt, und durch eine Schulterfläche (45), die im wesentlichen radial an dem Kolbenkörper (10) von dem Ende der Rückwand (48) mit einem bestimmten Abstand von der Endfläche (34) des Kolbenkörpers (10) verläuft, und durch einen separaten ringförmigen einstückigen Kolbenringhalter (38) aus einem Eisenmetall mit einer geneigten inneren Randfläche (46), die in innige Verbindung mit der Rückwand (4o) der Ausnehmung (44) gebracht wird, und daß der Kolbenringhalter (38) so ausgebildet ist, daß er in der Lage 1st, einen Kolbenring (22) Aufzunehmen .

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2. Kolben nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Kolbenringhalter (38) in die kreisförmige Ausnehmung (44) eingeschrumpft wird, um seine geneigte Randfläche (46) mit der Rückwand (48) der Ausnehmung (44) des Kolbenkörpers (10) in eine feste Verbindung durch Erzeugung einer Sperrwirkung zu bringen..

3. Kolben nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Kolbenringhalter (38) eine im wesentlichen kreisförmig verlaufende Ringnut (42) aufweist, die radial auswärts geöffnet und für die Aufnahme eines kreisförmigen Kolbenringes (22) vorgesehen ist.

4. Kolben nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Kolbenringhalter (38) mit einer im wesentlichen kreisförmig verlaufenden Außenwand und mit einer Oberfläche versehen ist, die entsprechend mit der Peripherie (30) des Kolbenkörpers (10) und mit der Kopffläche (34) ausgefluchtet werden.

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5. Kolben nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenringhalter (38) aus Gußeisenmaterial hergestellt ist.

6. Kolben nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenringhalter (38) aus einem Gußeisenmaterial mit einem Zusatz von mindestens 18% Nickel hergestellt ist.

7. Kolben nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, daß das für die Herstellung des Kolbenringhalters (38) verwendete Gußeisenmaterial Zusätze von bis zu 796 Kupfer und 4 % Chrom enthält.

Θ. Kolbenaggregat für die Verwendung in einer Brennkraft-Kolbenmaschine,
gekennzeichnet durch

eine im wesentlichen zylindrische äußere Seitenwand (30) und eine transversal zu dieser verlaufenden Oberfläche (54), die an ihrem Kopfrand mit einer im wesent-

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lichen kreisrunden Ausnehmung (44) versehen ist und einen separaten einstückigen, im wesentlichen kreisrunden Kolbenring hat (38) aus Eisenmaterial trägt, dessen Innenrand als geneigte Fläche (46) ausgebildet ist, die in feste Verbindung mit der komplementären Flächen {48) gebracht wird, welche einen Teil der Ausnehmung (44) darstellt, die den Kolbenringhalter (38) auf dem Kolben (10) hält.

9. Kolberiaggregat nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenringhalter (38) aus einem Eisenmetall besteht und durch Einschrumpfung mit den Flächen (48, 45) der Ausnehmung (44) im Kolben (10) verbunden wird, um den Kolbenringhalter in fester Verbindung mit dem Kolben zu halten»

10. Kolbenaggregat nach Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenringhalter (38) aus einer Gußeisen-Legierung besteht, deren Dehnungskoeffizient mit dem Dehnungskoeffizient des Nicht-Eisen-Materials übereinstimmt, aus dem der Kolben (1ö) hergestellt ist.

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