DE2253868A1

DE2253868A1 - Einteiliger, mit einer pleuelstange verbundener kolben

Info

Publication number: DE2253868A1
Application number: DE2253868A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl Ing Deschler; Heribert Dipl Ing Kubis
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1972-11-03
Filing date: 1972-11-03
Publication date: 1974-10-17
Also published as: GB1423766A; FR2205935A5; DE2253868B2; HU168817B; JPS5222048B2; JPS4995063A; RO65520A; US3943908A

Description

Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg Aktiengesellschaft

Nürnberg, 30. Oktober 1972

Einteiliger, mit einer Pleuelstange verbundener Kolben

Die Erfindung betrifft einen einteiligen, mit einer Pleuelstange verbundenen Kolben für schnellaufende Viertakt-Brennkraftmaschinen, insbesondere für nach dem Verfahren der Kraftstoff-Wandauftragung arbeitende Dieselmotoren, bei dem mittig im Kolbenboden ein kugelförmiger, eine eingeschnürte Öffnung aufweisender Brennraum vorgesehen ist.

Derartige Kolben sind heute allgemein, beispielsweise durch die deutsche Patentschrift 865 683 bekannt. Sie werden vorzugsweise aus Leichtmetall hergestellt und weisen häufig für den oberen, dem Zylinderraum am nächsten liegenden Kolbenring einen aus verschleißarmen Werkstoff bestehenden Ringträger auf. Bei Kolben für selbstsaugende und besonders aufgeladene Mo-

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toren wird vielfacn an der Brennraumöffnurig noch ein aus warmfestem Material hergestellter Ringeinsatz erforderlich, wodurch sich die Herstellungskosten nochmals wesentlich erhöhen.

Solche Kolben mit einem kugelförmigen Brennraum, dessen Achse mit der Längsachse des Kolbens zusammenfällt, haben einen weiteren, für den gesamten Motor gesehen, ebenfalls kostenerhöhenden Nachteil, denn sie erfordern gegenüber anderen Bauarten wie Brennraummulden oder zum Teil im Zylinderkopf angeordneten Brennräumen, Wirbelkammern, Vorkammern u.a. eine größere Kompressionshöhe. Unter Kompressionshöhe wird dabei der Abstand von Mitte Kolbenbolzen bis Oberkante Kolben bzw. bis zum Kolbenboden verstanden. Durch die erhöht sich nicht nur das Gewicht des Kolbens, mit ihr muß auch die gesamte Bauhöhe des Motors bei gleichem Kolbenhub angehoben werden, da der Abstand von Mitte Kolbenbolzenauge bis Mitte Kurbelwellenauge der Pleuelstange ( genann1j[pieuelstich ) wegen des Freiganges des Gegengewichtes am Kolbenmantel bzw. an der Kolbenbolzennabe im unteren Totpunkt in nahezu allen Fällen nicht verkleinert werden kann, durch den die größere Kompressionshöhe auszugleichen wäre.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kolben hochbelastbaren und verschleißfesten, mit Pleuelstange der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, der billig in der Herstellung ist una eine kleinere Kompressionshöhe aufweist, so daß die Bauhöhe des gesamten Motors auf ein übliches Maß reduziert werden kann.

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Nach der Erfindung wird die Aufgabe durch eine.Kombination folgender, an sich bekannter Merkmale gelöst:

a) der Kolben besteht aus Gußeisen, vorzugsweise zähem Gußeisen, Sphäro- oder Temperguß,

b) der Kolbenmantel weist unterhalb der KoIbenringnuten senkrecht zur Längsachse des Kolbenbolzens zwei einander gegenüberliegende, abgeplattete Flächen auf,

c) die abgeplatteten Flächen verlaufen parallel zur Kolbenlängsachse und liegen etwa in einer Ebene mit der Brennraum-Außenwand,

d) in den abgeplatteten Flächen sind die Kolbenbolzenlager vorgesehen,

e) der Kolbenbolzen ist hohl ausgebildet und seine tragende Länge entspricht maximal dem Abstand zwischen den beiden abgeplatteten Flächen,

f) der Kolbenbolzen ist durch Schrumpfen fest mit der Pleuelstange verbunden.

In Weiterbildung der Erfindung wird die Oberfläche des Kolbens durch insbesondere Nitrieren sonderbehandelt, wodurch eine Verbesserung der Festigkeits- und Gleiteigenschaften erreicht wird.

Nachdem man in den letzten Jahren bei Schnellaufenden Viertakt-Dieselmotoren allgemein auf Leichtmetallkolben übergegangen ist, bedeutet es durchaus keinen Rück-

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schritt, wenn nunmehr wieder auf Gußeisen zurückgegriffen wird, denn es bietet gerade für den vorliegenden Fall wesentliche Vorteile. 3o kann wegen der höheren Festigkeit die Wandstärke des Brennraumea, hier insbesondere des Brerinraumbodens bereits um etwa die Hälfte verringert werden. Bei einem Kolben von 125 mm 0 bedeutet dies beispielsweise, daß die Brennraumwand statt 8 - 9 nun bei Leichtinetallausführung au!' etwa 4 - 5 mm Stärke absinkt, wodurch eine Verkleinerung der Kompressionshöhe möglich wird. Ferner können aufgrünet der höheren Druckfestigkeit bei Gußeisen die Koibeabolzenlager schmaler gebaut werden, so daß evtl. auf besondere Lagerbüchsen verzichtet werden kann. Durch die beiden abgeplatteten Flächen des Kolbenmantels, die gemäß dem Merkmal c) derart angeordnet sind, daß die Gaskräfte vom Brennraum direkt auf die Kolbenbolzenlager übertragen werden, erreicht man eine Verkürzung der Kolbenbolzenlänge. Neben der Verkürzung des Kolbenbolzens erlaubt die unter Merkmal f) angeführte Schrumpfverbindung von Pleuelauge und Kolbenbolzen wegen des formsteifen Verbandes eine größere Hohlbohrunt; im Kolbenbolzen. Dadurch erreicht man Gewichtseraparnis im Verband Pleuelauge-Kolbenbolzen. Außerdem wird durch die erfindungsgemäße Anordnung der Kolbenbolzenlager mit Lagerspiel im Kolben die Gefahr von Nabenbrüchen infolge starken Abplattens des Kolbenbolzens vermieden.

Schließlich ergibt die Schrumpfverbindung neben Gewichtj erleichterung noch eine Verringerung der Kompresaionshöhe, da die Pleuelbuchse entfällt, wodurch 2 - ) mm eingespart werden. Außerdem kann die Wandstärke des Pleuelauges um ca. 3 mm reduziert werden, da die bei

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schwimmender Bolzenlagerung im Pleuelauge auftretenden hohen Biegespannungen bei der gewählten Schrumpfverbindung fehlen.

Somit dienen alle Teilmerkmale zur Lösung der gestellten Aufgabe. Es wird besonders bemerkt, daß allein die Idee, wieder auf Gußeisen zurückzugreifen, was durchaus eine Abweichung von der Entwicklung auf diesem Gebiet darstellt, als eine erfinderische Leistung zu sehen ist. Ein Gewichtsausgleich erfolgt, wie bereits mehrfach, angedeutet, durch dünnere Wandstärken, schmalere Lager, Einziehung des Kolbenmantels, kürzeren Kolbenbolzen mit größerer Innenbohrung und kleinere Abmessungen des Pleuelauges.

Weitere Vorteile eines Kolbens nach der Erfindung können darin gesehen werden, daß sich ein Ringträger und ein Einsatz in der Brennraumöffnung aufgrund der Werkst off wahl erübrigt, daß das Kaltspiel zwischen Kolben und Zylinderlaufbuchse bekanntlich kleiner gehalten werden kann, daß durch ein Herabsetzen des Schadraumes aufgrund der kleineren zulässigen Toleranzmaße und der kleineren Feuersteghöhe eine Verbesserung des Kaltstartverhaltens, insbesondere bei nach dem Verfahren der Kraftstoff-Wandauftragung arbeitenden Motoren erreicht wird, und daß die höhere Brennraumwandtemperatür fördernd auf die Gemischbildung einwirkt.

An Bearbeitungsgängen fallen gegenüber den üblichen Kolbenbauarten die Sicherungsnuten und der .Freischliffdrehvorgang in Bolzenrichtung weg.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeich-

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nungen dargestellten AusfUhrungsbeiapieles näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt aurch den erfindungsgemäflen Kolben, einschließlich Kolbenbolzen und einen Teil der Pleuelstange,

Fig. 2 einen Schnitt I-I in Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt H-II in Fig. 2,

Nach Fig. 1 besteht der obere Teil eines Kolbens 1 aus einer den kugelförmigen Brennraum 2 bildenden Brennrauinwand 3, die durch den Kolbenboden 4 mit der Ringpartie 5, des Kolbenmantels verbunden ist. Die Brennraumwand 3 ist durch Übertragungsstege 6 mit abgeplatteten Flächen 7 des unteren Kolbenmantels 8 verbunden, wobei diese abgeplatteten Flächen 7 parallel zur Kolbenlängaachse χ verlaufen und etwa" in einer Ebene mit der äußeren Brennraumwand 3 liegen. Sie weisen je eine mit Lagerbüchsen 9 versehene Bohrung 10 zur Aufnahme eines hohlen Kolbenbolzens 11 auf, auf den die Pleuelstange 12 mit einem dünnen Pleuelauge 13 aufgeschrumpft iat. Die Oberseite des Pleuelauges 13 befindet sich unmittelbar unter der Brennraumwand 3, so daß der Abstand von Mitte Kolbenbolzen 11 bis Kolbenboden 4 möglichst klein gehalten wird.

In Fig. 2 ist gegenüber der Fig. 1 lediglich genau zu ersehen, daß der Kolbenmantel 8 an zwei gegenüberliegenden Seiten zur Aufnahme der Seitenkräfte teilweise eine Verlängerung der Ringpartie 5 bildet und mit diesem aus einem Stück besteht.

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Fig. 3 schließlich läßt die Kastenform des unteren Kolbenmantels 8, insbesondere den Übergang ^u den abgeplatteten Flächen 7, genau erkennen.

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Claims

Maschinenfabrik Augsburg-Nümberg Aktiengesellschaft

Nürnberg, 30. Okt. 1972

Patentansprüche

.\Einteiliger, mit einer Pleuelstange verbundener Kolben

r schneilaufende Viertakt-Brennkraftraaschinen, insbesondere für nach dem Verfahren der Kraftstoff-Vvandauftragung arbeitende Dieselmotoren, bei dem mittig im Kolbenboden ein kugelförmiger, eine eingeschnürte Öffnung aufweisender Brennraum vorgesehen ist, gekennzeichnet durch die Korabination der nachfolgend angeführten, an sich bekannten Merkmale:

a) der Kolben (1) besteht aus Gußeisen, vorzugsweise aus zähem Gußeisen, Sphäre- oder Temperguß,

b) der Kolbenmantel (8) weist unterhalb der Kolbenringnuten senkrecht zur Längsachse des Kolbenbolzens (11) zwei einander gegenüberliegende, abgeplattete Flächen (7) auf,

c) die abgeplatteten Flächen (7) vorlaufen parallel zur Kolbenlängsachse (x) und liegen etwa in einer Ebene mit der Brennraura-Außenwand (3),

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d) in den abgeplatteten Flachen (7) sind die Kolbenbolzenlager (9j 10) vorgesehen,

e) der Kolbenbolzen (11) ist hohl ausgebildet und seine tragende Länge entspricht maximal dem Abstand zwischen den beiden abgeplatteten Flächen (7)>

f) der Kolbenbolzen (11) ist durch Schrumpfen fest mit der Pleuelstange (12) verbunden.
2. Einteiliger Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Kolbens insbesondere durch Nitrieren sonderbehandelt ist.

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