DE2262619C3 - Mehreckiger Kolben für Kreiskolben-Brennkraftmaschinen und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Mehreckiger Kolben für Kreiskolben-Brennkraftmaschinen und Verfahren zu seiner Herstellung

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Description

ίο Die Erfindung betrifft einen mehreckigen Kolben für Kreiskolben-Brennkraftmaschinen in Trochoidenbauart mit einer die Kolbenflanken bildenden äußeren Umfangswand, zueinander parallelen Seitenwänden und einer die zentrale Lagernabe bildenden inneren Umfangswand sowie ein Verfahren zur Herstellung des Kolbens.
Es ist ein Kolben der beschriebenen Art bekannt (DE-AS 10 96 696), der aus zwei im Gesenk geschmiedeten Teilen zusammengesetzt ist die an ihren Berührungssteilen miteinander und gegebenenfalls mit weiteren Kolben-Einzelteilen verlötet oder verschweißt sind. Für die Herstellung der zwei geschmiedeten Kolbenteile ist mindestens ein Gesenk oder eine Gußform erforderlich. Derartige Gesenke oder Gußformen sind jedoch außergewöhnlich teuer. Außerdem hat sich gezeigt daß die Wandstärke eines in einem Gesenk hergestellten Teiles verhältnismäßig dick ausgeführt werden muß und nicht absolut gleichmäßig ist so daß sich Unwuchten ergeben, die durch entsprechende Materialabtragung nachträglich beseitigt werden müssen. Ferner muß der Schmiede- oder Gußrohling an allen Außenflächen bearbeitet werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen mehreckigen Kolben der vorstehend genannten Art zu schaffen, der sich durch einfachere Fertigung, geringes Gewicht und geringe Unwucht auszeichnet
Der erfindungsgemäße Kolben ist dadurch gekennzeichnet daß seine Wände aus spanlos verformten Stahlblech-Einzelteilen bestehen, die an ihren Berührungssteilen miteinander verlötet oder verschweißt sind, daß die äußere Umfangswand des Kolbens aus unter sich gleichen, jeweils eine Kolbenflanke bildenden, maßgenau gestanzten Stahlblechteilen gebildet ist welche auf den Umfangsflächen der die Seitenwände bildenden Stahlblechplatten aufliegen und mit diesen verlötet oder verschweißt sind, daß die Lagernabe aus einem im Querschnitt U-förmig gebildeten Blechteil besteht dessen Schenkel mit den Innenflächen der Seitenwände verschweißt oder verlötet sind, und daß in den Kolbenecken, die durch Aneinanderstoßen benachbarter Kolbenflanken gebildet sind, Einsatzstücke aus Profilmaterial angeordnet sind, die mit den benachbarten Innenflächen der die Kolbenflanken bildenden Stahlblechteile verbunden sind und Radialnuten zur
Aufnahme von Dichtelementen aufweisen.
Der erfindungsgemäße Vorschlag gewährleistet daß die einzelnen Wände des Kolbens jeweils absolut gleichbleibende Wandstärken aufweisen, die erheblich kleiner sein können als diejenigen von Gußkolben, wodurch sich ein geringes Gewicht und ein geringere Unwucht ergibt Zumindest die äußere, die Kolbenflanken bildende Umfangsfläche bedarf keinerlei Nachbearbeitung. Durch die kleineren Wandstärken wird auch eine bessere Kühlung erreicht. Die die Kolbenflanken
hi bildenden Stahlblechteile sind ebenso wie die Seitenwände bildenden Stahlblechteile Gleichteile, zu deren Herstellung einfache Präge- und Stanzvorrichtungen ausreichen.
Die Einsatzstücke können sich durch die die Seitenwände bildenden Stahlblechplatten hindurch erstrecken, wodurch die Gefahr von Undichtigkeiten vermieden wird, da die Radialnut zur Aufnahme von Dichtelementen nicht durch mehrere miteinander verbundene Bauteile verläuft
Bei einem Kolben, bei dem eine der Seitenwände mit einer einen TeU eines Führungsgetriebes bildenden Innenverzahnung versehen ist, ist die diese Seitenwand bildende Stahlblechplatte vorzugsweise aus härtbarem Stahl gefertigt Die Innenverzahnung kann vor dem Zusammenbau des Kolbens vorverzahnt werden. Dies ergibt eine erhebliche Vereinfachung gegenüber dem bisher für sich hergestellte:· und am Kolben befestigten Zahnrad. is
Die die Seitenwände bildenden Stahlblechplatten können an ihren Innenflächen parallel zu den Umfangskanten und nahe derselben verlaufende Nuten aufweisen, die im Betrieb von Kühlflüssigkeit durchströmt werden, wodurch der Bereich gekühlt wird, in welchem an der Außenfläche der Seitenwände Axialdichtungen angebracht sind.
Um eine gute Durchströmung des Innenraumes des Kolbens mit Kühlflüssigkeit zu gewährleisten, können zwischen den Kolbenflanken und der Lagernabe im Querschnitt T-förmige Leitbleche angeordnet werden, deren Mittelstege in der Mitte von in der Lagernabe vorgesehenen Kühlmittel-Zuflußbohrung liegen. Die zugeführte Kühlflüssigkeit wird durch diese Stege in Umfangsrichtung sowohl zu der einen als auch zu der anderen benachbarten Kolbenecke umgelenkt
Die Lagernabe kann aus zwei spiegelbildlichen Teilen gebildet sein.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Kolbens, das dadurch gekennzeichnet ist daß die Stahlblech-Einzelteile maßgenau gestanzt und die Einsatzstücke für die Kolbenecken aus Profilmaterial abgelängt werden, die Innenverzahnung der die eine Seitenwand bildenden Stahlblechplatte durch Feinstanzen vorverzahnt wird, dann alle Einzelteile mit einer Seitenwand zur Lagefixierung unter Belassung eines Lötspaltes von max. 0,3 mm heftgeschweißt werden, darauf an den Stoßstellen pastenförmige Lötmittel angebracht und die zweite Seitenwand eingesetzt wird, anschließend die Einzelteile in einem Lötofen miteinander verlötet werden,dann die die Innenverzahnung tragende Seitenwand nur im vorverzahnten Bereich durch z. B. Hochfrequenzverfahren gehärtet und schließlich die Lagerbohrung, die Innenverzahnung und die Nuten zur so Aufnahme von Dichtelementen durch mechanische Bearbeitung fertiggestellt werden.
In Abwandlung dieses Verfahrens können die die Kolbenflanken bildenden Stahlblechteile mit de.- die Seitenwände bildenden Stahlblechplatten z.B. durch Elektronenstrahlschweißen oder Laserstrahlschweißen miteinander verbunden werden.
Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbens ist in der Zeichnung dargestellt Es zeigt:
F i g. 1 eine Seitenansicht des Kolbens teilweise im ω Schnitt gemäß Linie A —A in F i g. 2,
Fig.2 einen Längsschnitt gemäß Linie B—B in Fig.l,
F i g. 3 eine Draufsicht in Richtung des Pfeils X in F i g. 1 und hi
F i g. 4 eine Explosionsdarstellung des Kolbens mit allen Einzelteilen vordem Zusammenbau.
Der dargestellte dreieckige Kolben weist eine äußere
Umfangs^a:Λ auf, die aus drei maßgenau gestanzten Stahlblech eilen 1 gebildet wird, zwei zueinander parallele, von gestanzten Stahlblechplatten 2 und 3 gebildete Seitenwände und eine von zwei spiegelbildlichen Teilen 4 gebildete, im Querschnitt U-förmige Kolbennabe. Die Kolbenflanken 1 übergreifen, wie ersichtlich, die Seitenwände 2 und 3, um eine Trennfuge in dem Bereich zu vermeiden, der den Verbrennungsgasen und -drücken direkt ausgesetzt ist In den Kolbenecken, die durch Aneinanderstoßen benachbarter Kolbenflanken 1 gebildet sind, sind Einsatzstücke 5 aus Profilmaterial angeordnet die zur Aufnahme von nicht dargestellten Radialnuten für Dichtelemente dienen. Diese Einsatzstücke 5 können sich, wie F i g. 2 zeigt zwischen den beiden Seitenwänden 2 und 3 erstrecken. Sie können sich jedoch auch durch diese hindurch bis zu den Außenflächen der Seitenwände fortsetzen, was den Vorteil hat daß die Radialnuten nicht durch Trennflächen zwischen miteinander verbundenen Bauteilen verlaufen. Zwischen den Kolbenflanken I und der Lagernabe 4 sind Leitbleche 6 angeordnet, die aus jeweils zwei sich zu einem T-Profil ergänzenden Blechen bestehen. Die Mittelstege 7 (F i g. 1,2,3) der so gebildeten T-Profile liegen jeweils in der Mitte von Kühlmittel-Zuflußbohrungen 8, die in der Lagernabe 4 vorgesehen sind. Die durch diese Bohrungen 8 einströmende Kühlflüssigkeit wird durch die Stege 7 in Richtung der Pfeile 9 nach links und rechts zu den benachbarten Kolbenecken hin abgelenkt. Auf der anderen Seite der Lagernabe 6 sind Abflußbohrungen
10 für die Kühlflüssigkeit vorgesehen.
Die Innenflächen der Seitenwände 2 sind mit Nuten
11 versehen, weiche parallel zu den Umfangskanten und nahe derselben verlaufen. Diese Nuten 11 werden im Betrieb von der Kühlflüssigkeit durchströmt, wodurch eine Kühlung der Seitenwände in dem Bereich stattfindet in welchem an den Außenflächen die Axialdichtungen des Kolbens angeordnet sind.
Die Seitenwand 3 ist aus härtbarem Stahl gefertigt und mit einer Innenverzahnung 12 versehen, welche einen Teil des üblichen Führungsgetriebes bildet
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist im Bereich jeder Kolbenecke ein den Kolben durchdringendes Rohr 13 eingesetzt, welches dazu dient im Betrieb einen Druckausgleich zwischen den beiden Kolbenseiten zu erreichen (F i g. 1 und 4).
Sämtliche Einzelteile des Kolbens sind vorzugsweise zusammengelötet. Dabei werden in einer Haltevorrichtung alle Einzelteile des Kolbens mit Ausnahme einer Seitenwand auf die andere Seitenwand aufgesetzt und unter Einhaltung eines Lötspaltes von beispielsweise 0,2 mm durch Schweißpunkte fixiert. Darauf wird an den Stoß- oder Berührungsstellen der Einzelteile ein pastenförrniges Lötmittel, vorzugsweise Kupferlot mit Nickelzusatz, angebracht, die andere Seitenwand eingesetzt und der so vorbereitete und zusammengesetzte Kolben in einen Lötofen gebracht, wo bei einer Temperatur von etwa 1100" alle Einzelteile miteinander dicht verlötet werden. Nun wird die die Innenverzahnung 12 tragende Seitenwand 3 im vorverzahnten Bereich z. B. durch Hochfrequenz gehärtet und schließlich werden die Lagerbohrung, die Innenverzahnung und die Nuten zur Aufnahme der Dichtelemente durch mechanische Bearbeitung fertiggestellt.
Die Verbindung der Einzeltele des Kolbens kann zum Teil auch durch Schweißen erfolgen, und zwar insbesondere die Verbindung der Kolbenflanken 1 mit den Seitenwänden 2 und 3. Hierfür ist die Anwendung
, des Elektrodenstrahl- oder Laserstrahlschweißverfah-
I rens besonders geeignet.
j Der erfindungsgemäße Kolben zeichnet sich durch
= eine rationelle Fertigung aus, da eine mechanische
jj spanabhebende Bearbeitung nur an wenigen Stellen
J erforderlich ist. Er hat ein geringeres Gewicht als ein
': Gußkolben und kann aufgrund der vielen Gleichteile
J praktisch ohne Unwucht hergestellt werden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:
1. Mehreckiger Kolben für Kreiskolben-Brennkraftmaschinen in Trochoidenbauart mit einer die Kolbenflanken bildenden äußeren Umfangswand, zueinander parallelen Seitenwänden und einer die zentrale Lagernabe bildenden inneren Umfangswand, dadurch gekennzeichnet, daß seine Wände (1, 2, 3, 4) aus spanlos verformten Stahlblech-Einzelteilen bestehen, die an ihren Berührungsstellen miteinander verlötet oder verschweißt sind, daß die äußere Umfangswand des Kolbens aus unter sich gleichen jeweils eine Kolbenflanke (1) bildenden, maßgenau gestanzten Stahlblechteilen gebildet ist, welche auf den Umfangsflächen der die Seitenwände (2, 3) bildenden Stahlblechplatten aufliegen und mit diesen verlötet oder verschweißt sind, daß die Lagernabe aus einem im Querschnitt U-förmig gebildeten Blechteil (4) besteht, dessen Schenkel mit den Innenflächen der Seitenwände (2, 3) verschweißt oder verlötet sind, und daß in den Kolbenecken, die durch Aneinanderstoßen benachbarter Kolbenflanken (1) gebildet sind. Einsatzstücke (5) aus Profilmaterial angeordnet sind, die mit den benachbarten Innenflächen der die Kolbenflanken (1) bildenden Stahlblechteile verbunden sind und Radialnuten zur Aufnahme von Dichtelementen aufweisen.
2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Einsatzstücke (5) durch die die Seitenwände (2, 3) bildenden Stahlblechplatten hindurch erstrecken.
3. Kolben nach Anspruch 1, bei dem eine der Seitenwände mit einer einen Teil eines Führungsgetriebes bildenden Innenverzahnung versehen ist, dadurch gekennzeichnet daß die diese Seitenwand (3) bildende Stahlblechplatte aus härtbarem Stahl gefertigt ist
4. Kolben nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet daß die die Seitenwände (2, 3) bildenden Stahlblechplatten an ihren Innenflächen parallel zu den Umfangskanten und nahe derselben verlaufende Nuten (11) aufweisen.
5. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß zwischen den Kolbenflanken (1) und der Lagernabe (4) im Querschnitt T-förmige Leitbleche (6) angeordnet sind, deren Mittelstege (7) in der Mitte von in der Lagernabe (4) vorgesehenen Kühlmittel-Zuflußbohrungen (8) liegen.
6. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Lagernabe (6) aus zwei spiegelbildlichen Teilen gebildet ist
7. Verfahren zur Herstellung eines Kolben nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die Stahlblech-Einzelteile maßgenau gestanzt und die Einsatzstücke für die Kolbenecken aus Profilmaterial abgelängt werden, die Innenverzahnung der die eine Seitenwand bildenden Stahlblechplatte durch Feinstanzen vorverzahnt wird, dann alle Einzelteile mit einer Seitenwand zur Lagefixierung unter Belassung eines Lötspaltes von maximal 0,3 mm heftgeschweißt werden, darauf an den Stoßstellen pastenförmige Lötmittel angebracht und die zweite Seitenwand eingesetzt wird und darauf die Einzelteile miteinander verlötet werden, dann die die Innenverzahnung traeende Seitenwand nur im vorverzahnten Bereich
z. B. durch Hochfrequenzverfahren gehärtet und schließlich die Lagerbohrung, die Innenverzahnung und die Nuten zur Aufnahme von Dichtelementen durch mechanische Bearbeitung fertiggestellt werden.
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