DE2730071A1

DE2730071A1 - Mehrteiliger kolben fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2730071A1
Application number: DE19772730071
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl Ing Lindner
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1977-07-02
Filing date: 1977-07-02
Publication date: 1979-01-04
Also published as: DD136872A1; BR7803794A; FR2396172A1; JPS5413810A; DK293178A; IT1105329B; NL7805990A; IT7849735A0; GB1587484A; ES470881A1

Description

Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg Aktiengesellschaft Stadtbachstraße 1, 8900 Augsburg

30.06.77 P.B. 291V1329

"Mehrteiliger Kolben für Brennkraftmaschinen" Erfinder: Horst Lindner

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P.B. 29W1329

Mehrteiliger Kolben für Brennkraftmaschinen

Die Erfindung betrifft einen mehrteiligen Kolben für Brennkraftmaschinen, insbesondere für Großdieselmaschinen, mit einem aus einem Kolbenboden und einem Kolbenmantelteil bestehenden Kolbenoberteil, der sich über eine innere, zur Kolbenachse senkrechte Ringfläche eines auf der Unterseite des Kolbenbodens befindlichen ringförmigen Ansatzes auf einer gegenüberliegenden, radial nach außen abgeschrägten inneren Ringfläche eines Kolbenunterteile unter Bildung eines radial nach außen sich erweiternden Ringspaltes abstützt und am Kolbenunterteil mittels zur Kolbenachse parallelen und die inneren Ringflächen durchsetzenden inneren Verbindungsschrauben befestigt ist.

Aus der DT-AS 1 269 414 ist bereits ein mehrteiliger Kolben dieser Art bekannt, bei dem zwischen den einander gegenüberliegenden und mit den Verbindungeschrauben durchsetzten Ringflächen des Kolbenoberteils sowie des Kolbenunterteils bei Raumtemperatur ein sich radial nach außen erweiternder Spalt frei bleibt, so daß diese Ringflächen nur an ihrem inneren Rand in Linienberührung aneinander anliegen. Durch die während des Betriebs sich einstellende Temperaturverwölbung des Kolbenbodens dreht sich dessen Ringfläche so weit gegen die gegenüberliegende Ringfläche des Kolbenunterteils, daß es zu einer mehr oder weniger vollständigen Auflage der beiden Flächen von Kolbenober- und -unterteil kommt. Diese Anordnung hat den Nachteil, daß eine vollständige Auflage nur für einen bestimmten Lastzustand und die zugehörige Temperaturverfor-

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nung erreicht werden kann. Der lastabhängige Spaltwinkel zwischen den Anlageflächen führt nicht nur zu einem dauernden Atmen des Spaltes unter Gasdruck mit den Problemen des lokalen Verschleißes, sondern auch zu hohen thermischen und dynamischen Biegespannungsamplituden im Gewinde der Verbindungeschrauben. Aus der genannten Druckschrift ist es bereits auch bekannt, die Verbindungsschrauben so anzuziehen, daß der Spalt schon bei Baumtemperatur verschwindet, doch werden auch in diesem Falle die Gewinde der Verbindungsschrauben in jedem vom ausgelegten Lastzustand abweichenden Zustand ständig auf Biegung beansprucht. Auch sind die Verbindungsschrauben und deren Gewinde stärker zu dimensionieren, da sie noch die zur elastischen Verformung erforderlichen Kräfte aufnehmen müssen. In jedem Fall jedoch begrenzt die Beanspruchung der Verbindungsschrauben die Anwendung des herkömmlichen Kolbenkonstruktionsprinzips auf mittlere und kleine Kolben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Biegebeanspruchungen der Verbindungsschrauben von Kolbenoberteil und Kolbenunterteil auszuschließen oder weitgehend zu mindern.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelost, daß im zu den inneren Ringflächen radial äußeren Bereich des Kolbens im Kolbenoberteil und im Kolbenunterteil zwei zur Kolbenachse senkrechte, parallele und im Abstand zueinander angeordnete äußere Hingflächen ausgebildet sind und daß im radial äußeren Bereich des Kolbens äußere Verbindungsschrauben angeordnet sind, nach deren Anziehen die inneren sowie die äußeren Ringflächen voll zur Auflage kommen.

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Durch diese Maßnahme läßt sich über die gesamten Lastzustände der optimale Verformungszustand der einzelnen Kolbenbestandteile zueinander herbeiführen, der die Beanspruchung der Verbindungsschrauben auf ein betriebssicheres Niveau absenkt.

Vorteilhafterweise ist dabei die radial äußere Ringfläche des Kolbenoberteils am unteren Rand des Kolbenmantelteils ausgebildet, wodurch man einerseits einen größeren Abstand der Befestigungsstellen mit dem Kolbenunterteil zu den thermischen und mechanischen Verformungseinflüssen erreicht und andererseits die Elastizität größerer Bereiche des Kolbenoberteils zur Kompensation der Verformungskräfte nutzen kann.

Zweckmäßigerweise durchsetzen dabei die äußeren Verbindungsschrauben die äußeren Ringflächen, wodurch man zur Erzielung möglichst geringer Anziehkräfte den im Bezug auf die inneren Ringflächen weitesten Hebelpunkt erreichen kann.

Vorzugsweise kann die Achse der Gewindebohrung im ringförmigen Ansatz des Kolbenbodens in einem sich nach unten öffnenden und von der Parallelen zur Kolbenachse abweichenden Winkel ι angeordnet sein, der dem Winkel ^ vor dem Anziehen der äußeren Verbindungsschrauben in etwa entspricht. Hit dieser Maßnahme läßt sich auch die während des Zusammenbaus auf die Gewinde der Verbindungsschrauben aufgebrachte einmalige statische Biegebeanspruchung beseitigen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Ansprüchen.

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Die Zeichnung zeigt einen erfindungsgemäßen Kolben im Halbschnitt.

Im gewählten Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung der Kolben einer Zweitakt-Großdieselmaschine dargestellt, der sich im wesentlichen aus einem Kolbenoberteil 1 und einem Kolbenunterteil 2 zusammensetzt. Der Kolbenoberteil 1 besteht aus Stahl oder Stahlguß und weist einen Kolbenboden 3 und einen Kolbenmantelteil 4- auf. Im Kolbenmantelteil 4 sind Nuten 5 zur Aufnahme der Kolbenringe 6 vorgesehen. An der Unterseite des Kolbenbodens 3 ist ein ringförmiger Ansatz 7 mit einer Bingflache 8 ausgebildet, über die sich der Kolbenoberteil 1 am Kolbenunterteil 2 auf einer im wesentlichen der Bingflache 8 entsprechenden Ringfläche 9 abstützt. Letztere schließt mit der Ringfläche 8 einen sich radial nach außen öffnenden Winkel *P ein.

Der Kolbenunterteil, der aus Stahlguß oder ßphäroguß besteht, umfaßt einen Tragteil 10, an dessen Unterseite eine Kolbenstange 11 befestigt ist. Im radial äußeren Bereich des Tragteils 10 ist eine radial äußere Bingfläche 12 ausgebildet, der eine entsprechende radial äußere Bingfläche 13 im unteren Bereich des Kolbenmantelteils 4- im Abstand a gegenüberliegt. Sowohl die inneren Bingflachen 8, 9 als auch die äußeren Bingflachen 12, 13 sind von Verbindungsschrauben 14-, 15 durchsetzt, die vorzugsweise als Dehnschrauben ausgebildet sind.

Vom Kolbenoberteil 1 und dem Kolbenunterteil 2 wird ein Baum zur Aufnahme des Kühlmittels umschlossen, das über in der Treibstange angeordnete Zu- und Abführleitungen gefördert wird. Desweiteren ist auf der Unterseite des Tragteils 10 ein weiterer Kolbenmantelteil 16 zur Führung des Kolbens befestigt.

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Der Kolbenoberteil 1 und der Kolbenunterteil 2 werden durch die die inneren sowie die äußeren Ringflächen 8, 9, 12, 13 durchsetzenden inneren bzw. äußeren Verbindungsschrauben 14, 15 verbunden, die in der Zeichnung im nicht angezogenen Zustand dargestellt sind.

Es werden zunächst die äußeren Verbindungsschrauben 15 angezogen, bis sich der Spalt a schließt und die äußeren Ringflächen 12, 13 voll aneinander zur Auflage kommen. Der Abstand a ist so bemessen, daß sich nach dem Verschrauben der äußeren Ringflächen 12, 13 der Kolbenoberteil 1 so weit elastisch verformt, daß auch die inneren Ringflächen 8, 9 voll aneinander zur Auflage kommen und der Spaltwinkel ι , der zum Ausgleich der unter Betriebstemperatur sich einstellenden Verwölbung des Kolbenoberteils vorgesehen wurde, somit schon bei Raumtemperatur geschlossen wird. Anschließend erfolgt das Anziehen der inneren Verbindungsschrauben 14. Man erreicht somit, daß die Verwinkelung des Einschraubgewindes der Verbindungsschrauben 15 um den Winkel τ nur einmal während des Zusammenbaus erfolgt, so daß der Hauptteil der thermisch bedingten Schraubenbiegung auch nur einmal statisch erfolgt und nicht mehr bei jedem Hochfahren des Motors bis zum ausgelegten Lastzustand. Diese Verwinkelung könnte noch vermieden werden, wenn auch die Gewindebohrung im ringförmigen Ansatz 7 des Kolbenbodens 3 in einem Winkel gerichtet ist, der um den Winkel τ von der Parallelen zur Kolbenachse abweicht und nach unten geöffnet ist und dem Winkel ¹F vor Anziehen der Verbindungsschrauben 1b in etwa entspricht.

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Claims

P.B. 291V1329 - A-n=-

Ansprüche:

.1. j Mehrteiliger Kolben für Brennkraftmaschinen, insbesondere für Großdieselmaschinen, mit einem aus einem Kolbenboden und einem Kolbenmantelteil bestehenden Kolbenoberteil, der sich über eine innere, zur Kolbenachse senkrechte Hingfläche eines auf der Unterseite des Kolbenbodens befindlichen ringförmigen Ansatzes auf einer gegenüberliegenden, radial nach außen abgeschrägten inneren Ringfläche eines Kolbenunterteils unter Bildung eines radial nach außen sich erweiternden Ringspaltes abstützt und am Kolbenunterteil mittels zur Kolbenachse parallelen und die inneren Ringflächen durchsetzenden inneren Verbindungsschrauben befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß im zu den inneren Ringflächen (8, 9) radial äußeren Bereich des Kolbens im Kolbenoberteil (1) und Kolbenunterteil (2) zwei zur Kolbenachse senkrechte, parallele und im Abstand zueinander angeordnete äußere Ringflächen (12, 13) ausgebildet sind und daß im radial äußeren Bereich des Kolbens äußere Verbindungsschrauben (15) angeordnet sind, nach deren Anziehen die inneren sowie die äußeren Ringflächen (8, 9, 12, 13) voll zur Auflage kommen.
2. Mehrteiliger Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radial äußere Ringfläche (13) des Kolbenoberteils (1) am unteren Rand des Kolbenmantelteils (4) ausgebildet ist.
3. Mehrteiliger Kolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die radial äußeren Ringflächen (12, 13) von den Verbindungsschrauben (15) durchsetzt sind.

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ORIGINAL INSPECTED
4. Mehrteiliger Kolben nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Achse der Gewindebohrung im ringförmigen Ansatz (7) des Kolbenbodens (3) in einem sich nach unten öffnenden Winkel (*P' ) von der Parallelen zur Kolbenachse abweicht, der dem Winkel (*P ) vor Anziehen der Verbindungsschrauben (15) in etwa entspricht.

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