DE2432990A1 - Kolben fuer verbrennungskraftmaschinen - Google Patents

Kolben fuer verbrennungskraftmaschinen

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Description

Die Erfindung betrifft Kolben für Verbrennungskraftmaschinen, bei denen der Verbrennungsraum im Kolbenboden ausgebildet ist.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, die Verbrennungsräume von Dieselmotoren mit besonderen Auskleidungen zu versehen. Diese Maßnahme hat in erster Linie den ^weck, die durch die Auskleidung gebildeten Wände des Verbrennungsraums nach dem Anlassen des Motors möglichst bald in einem ausreichend heißen Zustaad zu h&lten und das Abfließen von Wärme zu kälteren Teilen der Verbrennungskraftmaschine bzw. des Verbrennungsmotors zu verringern. Diese bekannten Auskleidungen sind jeweils in einem kleinen Abstand vom Met?11 der Kolben angeordnet.
Bei bestimmten Arten vcn Verbrennungsräumen, z.B. bei im Kolbenboden ausgebildeten, schüsseiförmigen Ver-
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brennungsräumen, die sich nach innen erweitern, neigt die Lippe ler Schüssel zu einer Überhitzung, die darauf zurückzuführen ist, daß kein Wärmeabführungsweg von ausreichendem Querschnitt vorhanden ist, so daß die Gefahr des Entstehens von Rissen besteht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für solche Verbrennungsräume mit der Form einer sich nach innen erweiternden Schüssel eine Auskleidung oder Abschirmung zu schärfen, die geeignet ist, die vorstehend geschilderte Gefahr weitgehend oder vollständig zu vermeiden.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist durch die Erfindung ein Kolben für Verbrennungsmotoren geschaffen worden, der einen Mantel abschnitt aufweist, ferner einen sich an ein Ende des Mantelabschnitts anschließenden Kolbenboden, eine im Kolbenboden ausgebildete Vertiefung sowie eine dünnwandige Abschirmung aus einem hitzebeständigeα Metall, die in der Vertiefung so angeordnet ist, daß sie einen Teil ihrer Innenfläche überdeckt, wobei die Anordnung derart ist, daß die Innenfläche der Abschirmung und alle freiliegenden Flächen der Vertiefung insgesamt einen Verbrennungsraum abgrenzen.
Ferner ist durch die Erfindung ein Kolben für Verbrennungsmotoren geschaffen worden, der einen Mantelabschnitt aufweist, ferner einen sich an den Mantelabschnitt anschließenden Kolbenboden, eine im Kolbenboden ausgebildete Vertiefung sowie eine dünnwandige Abschirmung, die in der Vertiefung angeordnet ist und mindestens einen Teil der Wandflächen der Vertiefung überdeckt, und bei dem die
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Anordnung derart i.st, daß die Oberfläche der Abschirmung und derjenige Teil der Innenfläche der Vertiefung, v/elcher gegebenenfalls keine Abdeckung aufweist, einen Verbrennungsraum abgrenzen, bei dem die Abschirmung durch eine Wechselwirkung zwischen der Abschirmung und dem Werkstoff des Kolbens in ihrer Lage gehalten wird.
Dj e Abschirmung weist vorzugsweise einen allgemein radial nach außen ragenden Randabschnitt auf, und der Kolben ist an seiner Oberseite mit einer dazu.passenden, ihn aufnehmenden Aussparung versehen. Die Abschirmung kann als ringförmiges Bauteil ausgebildet sein,das einen nach außen umgebogenen Flanschabschnitt aufweist, und das mit abdichtender Wirkung mit der Wand der Vertiefung zusammenarbeitet. Alternativ kann die Abschirmung als schüsseiförmige Auskleidung ausgebildet sein, die der Vertiefung des Kolbens angepaßt ist und eine lückenlose Auskleidung bildet.
Ferner ist der Kolben vorzugsweise mit einer Lippe versehen, die am Kolbenboden so ausgebildet ist, daß sie gegenüber der Vertiefung na^h innen überhängt, in welcher die Abschirmung so angeordnet ist, daß sie gegenüber der Lippe in ihrer Lage gehalten wird und in fester Berührung mit der Lippe steht. Die Abschirmung oder Auskleidung kann an Ort und Stelle mit Hilfe eines Gießverfahrens hergestellt werden, oder man kann eine vorbereitete Abschirmung mechanisch so verformen, daß sie zur Anlage an der Wand der Vertiefung gebracht wird.
Weiterhin ist es möglich, die Abschirmung so zu profilieren, daß auf einer Seite der Abschirmung ein Ringspalt
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zwischen der Wand v?er Vertiefung und der Abschirmung verbleibt, und daß auf der andere.i Seite eine Lippe vorhanden ist, die gegenüber der Vertiefung überhängt. Die Abschirmung oder Auskleidung kann aus nichtrostendem Stahl hergestellt sein.
Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt?
Fig. 1 und 2 eine erste Ausführungsform einer Abschirmung in einem axialen Schnitt bzw. in einem Seilweise weggebrochen gezeichneten Grundriß;
Fig. 3 einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform; Fig. 4 einen Schnitt durch eine dritte Ausführuugsiorm; Fig. 5 einen Schnitt durch eine vierte Ausführungsform;
Fig. 6 einen Schnitt durch eine fünfte Ausführungsform; und
Fig. 7 einen Schnitt durch eine sechste Ausführungsform.
Hierbei ist Fig. 1 ein Schnitt längs der -Linie I-I in Fig. 2~ während Fig. 2 aen Kolben nach Fig. 1 im Grundriß bei. Betrachtung desselben in Richtung des Pfeils A in Fig. 1 zeigt. In Fig. 1 bezeichnet die Linie II-II einen in Fig. 2 erscheinenden Teilschnitt.
Fig. 1 zeigt einen Kolben 10 mit Kolbenringen 12, die auf bekannte Weise von Kolbenringnuten 14 aufgenommen sind, einem Kolbenmantel 16, einem Ansatz 18 zum Aufnehmen des
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zugehörigen Kolbenbolzens, einem Kolbenboden 20, der eine obere Stirnfläche 22 besitzt, und einer im Kolbenboden ausgebildeten Vertiefung 24.
Ein besonderes Merkmal der Ausführungsform nach Fig. 1 besteht darin, daß der Kolben 10 eine Lippe 26 aufweist, die gegenüber der Vertiefung 24 nach innen überhängt, und bei der dann, wenn sie ungeschützt bleibt, die Gefahr besteht, daß sie während des Betriebs des Motors eine Temperatur erreicht, die höher ist, als sie gewöhnlich erwünscht ist, . wenn man den Werkstoff des Kolbens 10 berücksichtigt, bei dem es sich gewöhnlich um eine Aluminiumlegierung handelt. Gemäß Pig. 1 ist der Kolben 10 mit einer Abschirmung oder Panzerung 28 versehen, welche die Lippe 26 überdeckt und einen Randabschnitt 30 besitzt, der radial nach außen ragt und in festem Eingriff mit einer Aussparung 32 an der Oberseite 22 des Kolbens steht, so daß die Oberseite des RandabSchnitts mit der Oberseite des Kolbens fluchtet. An den Eandabschnitt 30 schließt sich ein gekrümmter Abschnitt 34- der Abschirmung an, welcher fest am Nasenabschnitt der Lippe 26 anliegt, und an den sich wiederum ein nach außen abgewinkelter Flansch 36 anschließt, der den unteren Teil der Lippe 26 überdeckt. Der Flansch 36 wird mit Hilfe eines Bördelawerkzeugs oder dergleichen so verformt, daß er zur Anlage am unteren Teil der Lippe 26 kommt. Der freie Rand des nach außen abgewinkelten Flansches 36 ist gemäß Fig. 1 derart mit einer Abschrägung 37 versehen, daß er zügig in den benachbarten Teil der Innenwand der Vertiefung 24- übergeht. Es wäre auch mög-r lieh, eine Hitzeabschirmung 28, die mit dem gewünschten Profil vorgeformt ist, in den Kolben einzugießen; zu diesem
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Zweck könnte man die Abschirmung vor dem Gießen auf einem mehrteiligen Kern anordnen.
Bei der Ausführungsform nach Pig. 1 ist ebenso wie bei den übrigen noch zu beschreibenden Ausführungsforman angenommen, daß die Abschirmung als lückenloses ringförmiges Bauteil ausgebildet ist. Gemäß Pig. 1 und 2 ist es möglich, die Lippe 26 des Kolbens 10 mit ?iner oder mehreren Einkerbungen 38 zu versehen, damit eine Wärmedehnung der Abschirmung 28 und/oder der Lippe 26 möglich ist, um diese Teile während des betriebs zu entlasten.
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der ein Luftspalt 40 von erheblichem Querschnitt zwischen der Abschirmung 28 und der Lippe 26 des Kolbens 10 vorhanden ist, da die Lippe 26 vor dem Einwalzen der Abschirmung entsprechend weggeschnitten worden ist. In Fig. ist ein auf einer Welle 44 angeordnetes Walzwerkzeug 42 zu erkennen, um ein Beispiel dafür zu zeigen, auf welche Weise sich der nach außen abgewinkelte Flansch 36 der Abschirmung 28 bilden laßt. Hierbei ist es möglich, entweder den Kolben 10 gegenüber dem Werkzeug 42 zu drehen oder aber das Werkzeug so zu lagern, daß es gegenüber der Vertiefung 24 eine kreisende Bewegung ausführen kann, um den JTlarsch 36 umzubördeln und festzuwalzen. Es liegt auf der Hand, daß die Lippe 26 des Kolbens durch das Vorhandensein das Luftspaltes 40 zusätzlich geschützt wird.
Fig. 4 läßt erkennen, daß es gemäß der Erfindung nicht unbedingt erforderlich ist, den Kolben 10 mit einer Lippe zu
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versehen, die aus clem gleichen Werkstoff besteht wie der Kolben, und daß es möglich ist, die Abschirmung 28 selbst so auszubilden, daß sie eine Lippe an dem Kolben bildet. Gemäß Fig. 4 weist die Vertiefung 24 eine zylindrische Wandfläche 46 auf, die an der Oberseite 22 des Kolbens 10 mündet. Der Randabschnitt 30 der Abschirmung 28 paßt wie zuvor mit engem Sitz in eine Aussparung 32 von geringer Tiefe, und die äußtre Kante 31 des Randes 30 kann so abgeschrägt sein, daß es möglich ist, einen Teil des Werkstoffs des Kolbens über die Abschrägung hinweg räch innen zu stemmen oder zu walzen, um die Abschirmung festzulegen. Bei dieser Ausführungsform wird die Abschirmung 28 vorgeformt, und der nach außen abgewinkelte Plansch 36 wird so bemessen, daß er sich mit einem Preßsitz in den zylindrischen Teil der Vertiefung 24 einbauen läßt, der durch die zylindrische Wand 46 abgegrenzt ist.
Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Abschirmung 28, die weitgehend derjenigen nach Fig. 4 ähnelt, sich von letzterer jedoch dadurch unterscheidet, daß der Hand des nach außen abgewinkelten Flansches 36 in eine ringförmige Aussparung 48 von geringer Tiefe in der zylindrischen Wand 46 eingewalzt worden ist. In Fig. 5 ist ein Teil des Flansches 36 auf der lxnktn Seite fortgelassen, um diese Anordnung besser erkennbar zu machen. Bei dieser Ausführungsform weist der VerbrenmingSraum im Vergleich zu demjenigen nach Fig. 4 ein glatteres G-esamtprofil auf, und dieser Verbrennungsraum wird duioh den Teil der Oberfläche der Abschirmung 28, welcher der Vertiefung 24 zugewandt ist, und die überigen Wandteile abgegrenzt, die aus dem Werkstoff
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- 8 des Kolbens bestehen.
Fig. 6 zeigt eine weitere Abwandlung des nach außen abgewinkelten Flansches 36, der hier durch einen nach unten umgebogenen Ansatz 50 gebildet wird, welcher mit einem Satz von nach außen federnden Zungen 52 versehen ist. Die Zungen 52 können sich entweder in den Werkstoff des Kolbens 10 im Bereich der zylindrischen Wandfläche 26 der Vertiefung 2-4-eingraben, oder es ist gemäß der rechten Hälfte von Fig. 6 möglich, die zylindrische Wandfläche mit einer Eingnut 55 von geringer Tiefe zu versehen, in die die freien Enden der Zungen 52 eingreifen können. Alternativ kann man die Zungen 52 dadurch in den Werkstoff des Kolbens hineindrücken, daß man auf jede Zunge einen Schlag ausübt, z.B. mit Hilfe eines Stempels oder eines anderen V'erkzsugs. Die Vertiefung 24 weist wie zuvor eine zylindrische Wandfläche 46 auf, die an der Oberseite 22 des Kolbens 10 mündet.
Fig. 7 zeigt eine weitere A usführungsform eines Kolbens nach der Erfindung, bei dem die Abschirmung als Auskleidung 60 ausgebildet ist; der Rand 30 der Auskleidung paßt mit engem Sitz in eine Aussparung 32 des Kolbens, die . ei^e geringe Tiefe hat, und die äußere Kante 31 des Bandes 30 kann abgeschrägt sein, damit sich ein Teil des Werkstorfs des Kolbens über die Abschrägung hinweg nach innen stemmen oder walzen läßt, um die Auskleidung 60 festzulegen. Die übrigen Teile der Auskleidung bilden praktisch eine Schüssel mit einem sich verengenden Hals, und der eigentliche Schüsselkörper 61 ist mit seinem unteren Teil der Vertiefung 24 eng angepaßt. Der Hals 62 verbindet den Schüsselabschnitt
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61 mit dem Hand 30 und tritt an die Stelle einer nach innen überhängenden Lippe bei Kolben bei denen die Wände des Verbrennungsraums ausschließlich aus dem Werkstoff des Kolbens selbst bestehen.
Die Auskleidung kann aas einem Metall bestehen, das sich verformen läßt, so daß es z.B. möglich ist, es gemäß Fig. 7 -E. eine Ringnut 63 von geringer Tiefe einzuwalzen, damit es in innigeren Eingriff mit dem Werkstoff des Kolbens kommt.
Um das Eingreifen der Auskleidung 60 im Kolbenwerkstoff zu verbessern, kann man Präge-,- Körn--'oder Treibvorgänge benutzen oder Nuten vorsehen, die Teile von Ringnuten bilden.
Die Ausführungsformen nach Fig. 4 bis 6 bieten samt- lieh den Vorteil, daß es nicht erforderlich ist, eine maschinelle Bearbeitung von nach innen zurückspringenden Flächen durchzuführen, um z.B. die Unterseite der Lippe 26 des Kolbens 10 zu bearbeiten, um ihr die dargestellte Form zu geben.
Die in Fig. 2 bis 7 dargestellten Abschirmungen oder Einsätze können sämtlich vorgeformt werden, und bei-genauer Anordnung in den Kernen fm. dtη zu gießenden Kolben können sie an den Kolben angegossen werden. Hierbei muß eine ausreichende Bearbeitungszugabe für die Oberseite des Kolbens vorgesehen werden. In den Fällen, in denen die Abschirmung in den Kolben des Bodens eingegossen wird, fällt der Luftspalt 40 fort.
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Sämtliche "beschriebenen Ausführungsformen bieten den Vorteil, daß man keine zusätzlichen Bauteile benötigt, um die Abschirmung oder Auskleidung an dem Kolben zu befestigen, uad bei den beschriebenen Befestigungsverfahren ist es nicht notwendig, eine zeitraubende und genaue und daher kostspielige maschinelle Bearbeitung durchzuführen.
In der Torstehenden Beschreibung wie auch in den Ansprüchen bezeichnet der Ausdruck "Abschirmung" das beschriebene dünnwandige Bauteil 28, und hierzu ist zu bemerken, daß dieser Ausdruck sowohl eine Einrichtung zum Schützen der Lippe 26 des Kolbens als auch gegebenenfalls einen Ersatz für eine solche Lippe bezeichnet, so daß es im letzteren Pail möglich ist, mindestens einen Teil des metallischen Werkstoffs des Kolbens in einem Abstand von dem Raum zu halten, in dem sehr hohe Temperaturen auftreten, so daß der betreffende Teil des Kolbens z.B. gemäß Fig. 3 durch den ringförmigen Luftspalt 40 geschützt wird.
Alle in den unterlagen offenbarten Angaben und Merkmal«, insbesondere die offenbarte räumliche Ausgestaltung, werden, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind, als erfindungswesentlich beansprucht.
Ansprüche:
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Claims (13)

ANSPRÜCHE
1.y Kolben für Verbrennungskraftmaschine]!, gekennzeichnet durch einen Mantelabschnitt (16), einen sich an den Mantelabschnitt anschließenden Bodenr^bschnitt (20), eine in dem Bodenabschnitt ausgebildete Vertiefung (24-) und eine dünnwandige Abschirmung (28) aus hitzebeständigsm Metall, die in der Vertiefung so angeordnet ist, daß sie einen Teil der Innenfläche der Vertiefung überdeckt, und daß hierbei die Anordnung derart ist, daß die freie Fläche der Abschirmung zusammen mit jedem durch die Abschirmung gegebenenfalls nicht verdefekten Teil der Innenfläche der Vertiefung einen Verbrennungsraum abgrenzt.
2. Kolben für Verbrennungskraftmaschinen, gekennzeichnet durch einen Jaantelabschnitt einen sich an den Mantelabschnitt anschließerden Lodenabschnitt (20), eine in dem Bodenabschnitt ausgebildete Vertiefung (24·) und eine dünnwandige Abschirmung (28), die in der Vertiefung so angeordnet ist, daß sie mindestens einen. Teil der Innenfläche der Vertiefung überdeckt, und daß die Anordnung derart ist, daß die freie Fläche der Abschirmung und diejenige Innenfläche der Vertiefung, die gegebenenfalls
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nicht durch die Abschirmung verdeckt ist, zusammen einen Verbrennungsraum abgrenzen, in dem die Abschirmung dadurch fest in ihrer Lage gehalten wird, daß sie am Werkstoff des Kolbens (10) so verankert ist, daß eine Wechselwirkung zwischen der Abschirmung und dem Kolben besteht.
3. Kolben nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (28) einen radial nach außen ragenden Randabschnitt (30) aufweist und der Kolben (10) an seiner Oberseite (22) eine Aussparung (32) besitzt, die zu dem Eandabschnitt paßt, und von der der Bandabschnitt aufgenommen ist. :
4. Kolben nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (28) als ringförmiges Bauteil ausgebildet ist, das einen nach außen abgewickelten Plans«habschnitt (36) aufweist, der mit abdichtender Wirkung mit der Wand der Vertiefung (24) zusammenarbeitet.
5. Kolben nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung als schüsseiförmige Auskleidung (60) ausgebildet und so geformt ist, daß sie der Innenwand der Vertiefung (24) eng angepaßt ist,
6. Kolben nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung (60) zusätzlich dadurch in ihrer Lage gehalten wird, daß zueinander passende SOrmelemente (63) der Auskleidung mit entsprechenden ?ormelementen an der Wand der Vertiefung (24) zusammenarbeiten.
7. Kolben nach Anspruch 3? gekennzeichnet durch eine am Boden (20) des Kolbens (10) ausgebildete
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Lippe (26), die so angeordnet ist, daß sie gegenüber der Vertiefung (24) nach innen überhängt, so daß die Abschirmung (28) auf der Lippe in inniger -Berührung mit ihr festgehalten wird.
8. Kolben nach Anspruch 7? dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (28) an die Lippe (26) angegossen ist, um die Lippe zu schützen.
9. Kolben nach Anspruch 7? dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (28) mechanisch so verforiLt worden ist, daß sie in fester Berührung mit der Innenwand der Vertiefung (24) steht.
10. Kolben nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet , daß die schüsseiförmige Auskleidung (60) an den Boden (20) des Kolbens (10) angegossen ist;
11. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (24) eine zylindrische Wand (46) hat, und daß die Abschirmung so profiliert ist, daß sie auf ihrer einen Seite einen Ringspalt (40) zwischen sich und der Wand der Vertiefung abgrenzt und auf ihrer anderen Seite eine gegenüber der Vertiefung nach innen überhängende Lippe (62) bildet.
12. Kolben nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung als schüsseiförmige Auskleidung (60) ausgebildet ist.
13. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet . daß die Wandstärke des
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Abschirmungsmaterials etwa 0,56 bis etwa 1,5 mm beträgt.
14-. Kolben nach, einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch, gekennze i c h η e t , daß die Abschirmung aus nichtrostendem Stahl besteht.
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DE2432990A 1973-07-13 1974-07-09 Kolben fuer verbrennungskraftmaschinen Ceased DE2432990A1 (de)

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