DE2355738A1

DE2355738A1 - Mehreckiger kolben fuer kreiskolbenbrennkraftmaschine und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2355738A1
Application number: DE19732355738
Authority: DE
Inventors: Werner Wieland
Original assignee: Audi NSU Auto Union AG; Wankel GmbH; Audi AG
Current assignee: Wankel GmbH; Audi AG
Priority date: 1973-11-08
Filing date: 1973-11-08
Publication date: 1975-05-15
Also published as: CA1022079A; US3920358A

Description

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AUDI NSU AUTO UNION AKTIENGESELLSCHAFT, Neckarsulm/Württ. und WANKEL GmbH, Lindau/Bodensee

Mehreckiger Kolben für Kreiskolben-Brennkraftmaschine und Verfahren zu seiner Herstellung (Zusatz zur Patentanmeldung P 22 62 619.3)

Das Hauptpatent betrifft einen mehreckigen Kolben für eine Kreiskolben-Brennkraftmaschine in Trochoidenbauart, mit einer die Kolbenflanken bildenden äußeren Umfangswand, zueinander parallelen Seitenwänden und einer die zentrale Lagernabe bildenden inneren Umfangswand, wobei die Wände aus spanlos verformten Stahlblech-Einzelteilen bestehen, die an ihren Berührungssteilen miteinander verlötet oder verschweißt sind* nach Patent ».. (Patentanmeldung 22 62 619.3).

Bei dem Vorschlag nach dem Hauptpatent ist der Kolben im wesentlichen so zusammengesetzt _s daß die aus maßgenau gestanzten Stahlblechteilen und die Kolbenflanken bildende Umfangswand des Kolbens auf die Umfangsfläche der die Seitenwände bildenden Stahlblechplatten aufgelegt und sowohl mit diesen als auch gemeinsam mit den weiteren Einzelteilen verlötet oder verschweißt werden« Es kann jedoch bei einem derartigen Aufbau, bei dem die genannten. Kolbenflanken auf den Seitenwänden aufliegen, vorkommen, daß bei starker Beanspruchung die Kolbenflanken durchgebogen werden und an den Lötstellen Undichtigkeiten auftreten.

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Der Erfindung liegt die,Aufgabe zugrunde, einen Kolben nach dem Hauptpatent zu schaffen, der eine höhere Festigkeit aufweist und gleichzeitig mit geringen Kosten hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die die Kolbenflanken bildenden Stahlblechteile mit ihren seitlichen Längskanten an den inneren Seitenflächen der die Seitenwände bildenden Stahlblechplatten anliegen und von diesen radial übergriffen werden, wobei die Außenflächen der Kolbenflanken mit den Umfangsflächen der Seitenwände fluchten, und daß die Kolbenflanken sich auf den Schenkeln äer Lagernabe abstützen. Die zwischen den Seitenwänden angeordneten Kolbenflanken können sich bei dieser Lösung in vorteilhafter Weise mit den Randzonen ihrer Innenfläche an den ebenfalls zwischen den Seitenwänden anliegenden Schenkeln der Lagernabe, die bis nahe an die Umfangsfläche der Seitenwände reichen, in radialer Richtung abstützen.

Um den Kolbenflanken insbesondere im Bereich ihrer Mulden eine zusätzliche Widerstandsfähigkeit zu geben, ist vorgesehen, daß sich die Kolbenflanken in ihrer Mitte auf der Lagernabe über eine parallel zu den Seitenwänden angeordnete Verstärkungsplatte abstützen, die an einer Seitenfläche Leitbleehe aufweist, die in der Mitte von in der Lagernabe vorgesehene Kühlmittel-Zuflußbohrungen liegen. Durch die zusätzliche Verstärkungsplatte können die auf die Kolbenflanken einwirkenden Kräfte keine nachteiligen Auswirkungen auf die Formstabilität des Kolbens haben, während die Leitbleche die zugeführte Kühlflüssigkeit in Umfangsrichtung sowohl zu der einen als auch zu der anderen benachbarten Kolbenecke umlenken .

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Die.Umfangswand, beziehungsweise die einzelnen Kolbenflanken können untereinander, und zwar in Umfangsrichtung, eine weitere und größere Festigkeit dadurch erhalten, daß die in den Kolbenecken angeordneten Einsatzstücke von die Innenflächen der Kolbenflanken verbindenden, entsprechend gebogenen Verbindungsstücken umgriffen sind, wobei die Verbindungsstücke zweckmäßigerweise mit den einzelnen Stahlblechteilen der Kolbenflanken durch Schweißen fest verbunden werden können.

Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen kann die Festigkeit und Stabilität des Kolbens soweit verbessert werden, daß unter dem Einfluß der auf den Kolben einwirkenden Kräfte und Temperaturen keinerlei die Dichtheit des Kolbens beeinträchtigende Verformung auftreten kann.

Da die Seitenwände mit ihren Innenseiten infolge des erfindungsgemäßen Aufbaues flach auf den radial nach außen führenden Schenkein der Lagernabe und den Längskanten der Kolbenflanken aufliegen, sind die Seitenwände mit den Schenkeln der Lagernabe formschlüssig zentriert« Die Zentrierung kann beispielsweise von Paßbolzen gebildet werden,die die Seitenwand und die Schenkel gemeinsam durchdringen. Es ist aber auch eine Zentrierung möglich, die von halbdurchgestanzten Einschnitten gebildet wird, die aus der Seitenwand herausgedrückt werden und genau in entsprechende Bohrungen oder Ausnehmungen der Schenkel der Lagernabe passen.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbens,bei dem die Kolbenflanken mit den Verbindungsstücken lagefixiert verschweißt, dann die mit den Leitblechen

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verschweißte Verstärkungsplatte sowie die Lagernabe in die von den Kolbenflanken gebildete Umfangswand eingesetzt und unter Belassung eines Lötspaltes von maximal 0,3 mm,vorzugsweise 0,2 mm,miteinander und mit der Umfangswand durch Heftschweißung verbunden werden und darauf die seitlichen Längskanten der Kolbenflanken und die Außenflächen der Schenkel der Lagernabe gemeinsam plangeschliffen werden und anschließend nach dem Anbringen von pastenförmigem Lötmittel an den Stoßstellen die beiden Seitenwände an die plangeschliffenen Flächen angesetzt und lagenmäßig fixiert und schließlich alle Einzelteile miteinander verlötet werden.

Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß zwischen den Kolbenflanken und den Schenkeln der Lagernabe einerseits und den beiden Seitenwänden andererseits eine einwandfreie Parallelität erreicht wird, so daß sich durch die planare Anlage ein äußerst enger Spalt zwischen den genannten Einzelteilen ergibt, der eine sparsame Verwendung von Lötmitteln, insbesondere aber ein besseres Fließen und Abbinden des Lötmittels ermöglicht, wodurch eine absolut dichte und hoch belastbare Lötverbindung gewährleistet werden kann.

Anstelle des Aufbringens einer Lötpaste können alle Einzelteile vor oder nach dem Heftschweißen galvanisch verkupfert werden. Bei der Erhitzung im Lötofen wird das nun flüssige Kupfer durch die Kapillarwirkung in die Lötspalte zwischen den einzelnen Bauteilen hineingezogen. Dieser Vorschlag ergibt den weiteren Vorteil, daß die gesamte Innenfläche des Kolbens in Pertigzustand von einer dünnen Kupferschicht bedeckt ist, die eine Korrosion durch das Kühlmittel verhindert.

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Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbens ist in der Zeichnung dargestellt« Es zeigt;

Fig. 1 eine Seitenansicht des Kolbens, teilweise im Schnitt gemäß Linie A-A in Figo 2*

Figβ 2 einen Längsschnitt gemäß Linie B-B in Figo l_s '

Figo 3 das Teilstück eines Längsschnittes gemäß Linie B-B in

Figo h eine Darstellung in Richtung de.s Pfeiles X in Fi

Fig» 5 eine Explosionsdarstellung des Kolbens mit allen Einzelteilen vor dem Zusammenbaue

Der dargestellte dreieckige Kolben weist eine äußere Umfangswand auf„ die aus drei Kolbenflänken 1 besteht und von maßgenau gestanzten Blechteilen gebildet wird, ferner zwei zueinander parallele, von gestanzten Stahlblechplatten gebildete Seitenwände 2 und 3 unö eine von zwei spiegelbildlichen Gleich-. teilen gebildete,, im Querschnitt ü-förmige Lagernabe k. Die Kolbenflanken 1 liegen₂ wie ersichtlich, mit ihren seitliehen Längskanten an den inneren Seitenflächen der Seitenwände 2 und 3 stumpf an und stützen sich mit den Randzonen ihrer Innenflächen an den radialen Schenkeln der Lagernabe 4 ab, so daß die Außenfläche der Kolbenflanken 1 mit den Umfangsflächen der Seitenwände 2. und 3 fluchten« In den Kolbenecken der äußeren Umfangswand sind Einsatzstücke 5 aus Profilmaterial angeordnet, die zur Aufnahme von nicht dargestellten Radialnuten für Dichtelemente dienen. Diese Einsätzetücke 5 erstrecken sich, wie Fig. 2 zeigt, zwischen den beiden Seitenwänden 2 und 3

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werden von Verbindungsstücken 6 umgriffen, welche die Kolbenflanken 1, z.B. durch Warzenschweißung, fest miteinander verbinden. Zwischen den Kolbenflanken 1 und der Lagernabe 4 ist zur Erhöhung der Festigkeit eine Verstärkungsplatte 7 angeorndefc. An der Verstärkungsplatte 7 sind Leitbleche 8 angebracht, die Jeweils in der Mitte von in der Lagernabe 4 vorgesehene Zuflußbohrungen 9 liegen und mit ölführungslappen 8^! durch diese Zuflußbohrungen 9 hindurchragen. Die durch diese Zuflußbohrungen 9 einströmende Kühlflüssigkeit wird durch die Leitbleche 8 in Richtung der Pfeile 10 nach links und rechts zu den benachbarten Kolbenecken hin abgelenkt. Auf er anderen Seite der Lagernabe 4 sind Abflußbohrungen 11 für die Kühlflüssigkeit vorgesehen. Die Seitenwand" 3 ist aus härtbarem Stahl gefertigt und mit einer Innenverzahnung 12 versehen, welche einen Teil des üblichen Kolbengetriebes bildet.

Im gezeigten Äusführungsbeispiel ist im Bereich jeder Kolbenecke ein die Seitenteile 2 und 3 mit den Schenkeln der Lagernabe 4 zentrierender Paßbolzen 13 eingesetzt, welcher dazu dient, die Lage der flach aufliegenden Seitenteile 2 und 3 gegenüber der die Lagernabe 4 und die Kolbenflanken 1 mit den übrigen Einzelteilen bildenden Baugruppe eindeutig festzulegen und den Zusammenbau zu erleichtern. Die Zentrierung kann aber auch von halb durchgestanzten Einschnitten 14 gebildet werden, die aus der Seitenwand 2 und/oder 3 hinausgedrückt werden und genau in entsprechende Bohrungen der Schenkel der Lagernabe 4 passen. In Fig. 3 ist eine Zentrierung dargestellt, die aus einem Paßbolzen 15 besteht, der den Kolben über seine gesamte Breite durchdringt, also die Lage der Seitenwände 2 und 3 gemeinsam mit der Lagernabe 4 fixiert. Der Paßbolzen ist an seinen beiden Enden 15' hohl ausgebildet und kann somit zur Erzielung eines sehr engen Lötspaltes in diesem Bereich aufgeweitet werden.

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Sämtliche Einzelteile des Kolbens werden überwiegend zusammengelötet. Dabei werden zunächst in einer Haltevorrichtung die Kolbenflanken 1 mit den Verbindungsstücken 6 und die Verstärkungsplatte 7 mit den Leitblechen 8 fest verschweißt. Darauf wird in die von den Kolbenflanken 1 gebildete Umfangswand die Verstärkungsplatte 7 und die Lagennabe 4 eingesetzt und unter Einhaltung eines Lötspaltes von beispielsweise 0,2 mm, der bis auf 0,05 mm vermindert werden kann, durch Schweißpunkte fixiert und beidseitig plangeschliffen. Anschließend wird an den Stoß- oder Berührungsstellen der Einzelteile ein pastenförmiges Lötmittel, vorzugsweise Kupferlot mit Nickelzusatz, angebracht, die beiden Seitenwände 2 und 3 aufgelegt und mittels Paßbolzen oder halbdurchgestanzten Einschnitten fixiert und der so vorbereitete und zusammengesetzte Kolben in einen Lötofen gebracht, wo bei einer Temperatur von etwa 1 100⁰C alle Einzelteile miteinander dicht verlötet werden. Nun wird auf bekannte Weise die die Innenverzahnung 12 tragende Seitenwand 3 im verzahnten Bereich, z. B. durch Hochfrequenz, gehärtet und schließlich werden die Lägerbohrung, die Innenverzahnung und die Nuten zur Aufnahme der Dichtelemente durch mechanische Bearbeitung fertiggestellt.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

Vl^idehreekiger Kolben für Kreiskolben-Brennkraftmaschine in Trochoidenbauart, mit einer die Kolbenflanken bildenden äußeren Um fangs wand,, zueinander parallelen Seitenwänden und einer die zentrale Lagernabe bildenden .inneren Umfangswand, wobei die Wände aus spanlos verformten Stahlblech-Einzelteilen bestehen, die an ihren Berührungsstellen miteinander verlötet oder verschweißt sind, nach Patent ... (Patentanmeldung 22 62 619·3)■ dadurch gekennzeichnet, daß die die Kolbenflanken (1) bildenden Stahlblechteile mit ihren seitliehen Längskanten an den inner.en Seitenflächen der die Seitenwände (2, 3) bildenden Stahlblechplatten anliegen und von diesen radial übergriffen werden, wobei die Außenflächen der Kolbenflanken (1) mit den Umfangsfläehen der Seitenwände (2, 3) fluchten,, und daß die Kolbenflanken (1) sich auf den Sahenkeln der Lagernabe (4) abstützen.

2. Mehreckiger Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kolbenflanken (1) in ihrer Mitte auf der Lagernabe (²O über eine parallel zu den Seitenwänden (2, 3) angeordnete Verstärkungsplatte (7) abstützen, die an einer Seitenfläche Leitbleche (8) aufweist, die in der Mitte von in der Lagernabe (4) vorgesehene Kühlmittel-Zuflußbohrungen (9) liegen.

3. Mehreckiger Kolben nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Kolbenecken angeordneten Einsatzstücke (5) von die Innenflächen der Kolbenflanken (1) verbindenden, entsprechend gebogenen Verbindungsstücken (6) umgriffen sind.

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4. Mehreckiger Kolben nach Anspruch 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände (2, 3) mit den Sehenkeln der Lagernabe (4) formschlüssig zentriert sind«,

ο Verfahren zur Herstellung eines Kolbens nach den vorhergehenden Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet_a daß die Kolbenflanken (1) mit den Verbindungsstücken (6) lagefixiert-verschweißt _s dann die mit den Leitblebhen (8) verschweißte Verstärkungsplatte (7) sowie die Lagernabe. (4) in die von den Kolbenflanken (1) gebildete Umfangswand eingesetzt und unter Belässung eines Lötspaltes von maximal 0₂3 rom miteinander und mit der umfangswand durch Heftschweißung verbunden und darauf die seitlichen Längskanten der Kolbenflanken (1) und die Außenflächen der Schenkel der Lagernabe (4) gemeinsam plangeschliffen werden, anschließend nach, dem Anbringen von pastenförmigem Lötmittel an den Stoßstellen die beiden Seitenwände (2₂ 3) ^n die plange= schliffenen Flächen angesetzt und lagemäßig fixiert und schließlich alle Einzelteile miteinander verlötet werden,

6c Abwandlung des Verfahrens nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des Aufbringens einer Lötpaste alle Einzelteile vor oder nach dem Heftschweißen galvanisch verkupfert werden.

6.11.1973
Co/re

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