DE2821176C2

DE2821176C2 - Kolben mit Bodenplatte für Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE2821176C2
Application number: DE2821176A
Authority: DE
Inventors: Reinhold 7012 Fellbach Fuchs
Original assignee: Mahle GmbH
Current assignee: Mahle GmbH
Priority date: 1978-05-13
Filing date: 1978-05-13
Publication date: 1982-12-09
Also published as: JPS6225863B2; FR2436259B1; DE2821176A1; JPS54150511A; GB2020782A; US4237846A; BR7902894A; FR2436259A1; GB2020782B

Description

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Die Erfindung betrifft einen Kolben für Verbrennungsmotoren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solcher Kolben ist aus DE-AS 12 69 414 bekannt.

Der Kolben nach jener Schrift weist an den aufeinanderliegenden Ringrippen von Bodenplatte und -»o Kolbenkörper einen sich nach außen erweiternden Spalt mit ebenen Flächen an den Ringrippen auf.

Die Größe des Spaltes wird so ausgelegt, daß im Idealfall die angrenzenden Ringrippenflächen im Nennbetrieb des Motors vollständig aufeinanderliegen. In der Praxis ist dieser Idealfall meist nur schwierig zu erreichen und gilt darüber hinaus auch nur für einen ganz bestimmten Betriebszustand des Motors. In allen anderen Betriebszuständen kann er ohnehin nicht vorliegen.

Der Sinn des Spaltes zwischen den aufeinanderliegenden Ringrippen wird in DE-AS 12 69 414 wie folgt erläutert:

Beim Betrieb eines mit einem aus Bodenplatte und Kolbenkörper bestehenden Kolben ausgestatteten Motors wird die dem Brennraum zugewandte Oberfläche der Bodenplatte heißer als ihre dem Kolbenkörper zugewandte Unterseite. Infolgedessen wölbt sich die Bodenplatte nach außen auf, wobei ihre von den Halteschrauben durchsetzte ringförmige Rippe eine Schräglage einnimmt und ihre dem Kolbenkörper zugewandte Stirnseite dabei um ihre äußere Kante kippt und im Bereich ihrer radial weiter innenliegenden Kante nicht mehr an dem Kolbenkörper anliegt. Die Folge davon ist, daß die Halteschrauben zugleich gelängt und nach außen gebogen werden. Eine derartige Doppelbeanspruchung halten die Halteschrauben in der Regel nicht aus. Sie reißen daher häufig ab, und zwar

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65 beginnen die Risse regelmäßig an der durch die Biegung am stärksten beanspruchten Stelle, nämlich auf der radial innenliegenden Seite der Schraubenschäfte.

Der seinerzeit vorgeschlagene Spalt, der durch Schrägstellung einer oder beider Auflageflächen gebildet wird, ist dazu geeignet, diese ungünstige Beanspruchung der Befestigungsmittel für bestimmte singuläre Betriebszustände recht zufriedenstellend zu vermeiden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verbindung zwischen Bodenplatte und Kolbenkörper über die Ringrippen derart zu verbessern, daß sie nicht nur in einem bestimmten, sondern möglichst in einer Vielzahl von Betriebszuständen optimal ist.

Eine solche Lösung zeigt die Lehre nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1. Dabei ist es optimal, wenn die der konvex gekrümmten Stirnfläche des Kolbenunterteils gegenüberliegende Stirnfläche der Bodenplatte senkrecht zur Kolbenlängsachse verläuft Dabei wird davon ausgegangen, daß die Stirnfläche der Bodenplatte nicht ebenfalls konvex ausgebildet ist, was jedoch selbstverständlich auch der Fall sein kann. Durch gegenseitige Anpassung der beiden Krümmungen läßt sich das erfindungsgemäße Ziel in diesem Fall ebenfalls optimal verwirklichen.

Die vorgeschlagene Krümmung der Oberfläche der Ringrippe des Kolbenkörpers hat den Vorteil, daß die angrenrende Ringrippenfiäche der Bodenplatte zu jeder Schrägstellung eine flächige Auflage auf der Ringfläche der Ringrippe des Kolbenkörpers findet. Rein theoretisch handelt es sich dabei zwar um eine Linienberührung, praktisch wird sich jedoch infolge der elastischen Verformbarkeit der Materialien eine Flächenberührung ausbilden. Durch die vorgeschlagene Krümmung der unteren Spaltfläche kann für den Spalt über die gesamte radiale Spaltlänge ein kleineres Spaltmaß gewählt werden als bei einem Spalt aus ebenen Flächen. Dadurch wird die Verbindungsschraube durch das den Spalt schließende Schrägstellen der Bodenplatte geringer in der Länge verändert und dadurch die Schraubenvorspannung weniger abgebaut.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt darin, daß in allen Betriebszuständen des Motors eine relativ große Berührungsfläche zwischen den Ringrippen von Bodenplatte und Kolbenkörper sicher gewährleistet ist, wodurch sogenannte Fritterscheinungen in einzelnen Bereichen der aufeinanderliegenden Ringrippenflächen vermieden werden können. Solche Fritterscheinungen, die man auch als Reibkorrosion bezeichnet, treten durch geringfügige Relativbewegungen zwischen den Auflageflächen auf. Dies ist z. B. dann der Fall, wenn ein zu kleiner Winkel für den Spalt gewählt wird und die Bodenplatte bei Wölbung durch die Betriebswärme nur noch auf dem äußeren Rand der Ringrippenfläche aufliegt. Wegen einer möglichst geringen Schraubenlängenveränderung kann in manchen Fällen ein sich linear erweiternder Spalt nicht so groß gemacht werden wie es in bezug auf die maximale Aufwölbung der Bodenplatte erforderlich wäre. Anders sieht es dagegen bei der erfindungsgemäßen konvex gewölbten Spaltunterfläche aus, wo sich der Spalt exponential nach außen vergrößert und dadurch im Bereich der Dehnungsschraube noch ein verhältnismäßig geringes Spaltmaß vorgegeben werden kann.

In bezug auf das zuletzt geschilderte Problem kann es vorteilhaft sein, den erfindungsgemäß vorgeschlagenen Krümmungsradius im radial gesehen äußeren Ringflächenbereich größer zu wählen als im inneren Bereich

der Rippenringfläche.

Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung gibt Anspruch 3 wieder. Die dort vorgeschlagene Maßnahme sorgt dafür, daß am äußeren Rand der Rippenringfläche keine zu großen Stauchungen auftreten, die insbesondere am Außenrand der Ringrippe des Kolbenkörpers Risse verursachen können.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, die den Erfindungsgegenstand in kaltem Zustand ausschnittsweise im Längsschnitt zei^t.

Von dem nus Leichtmetall bestehenden Kolbenkörper 10 ist nur ein Teil des Bodens und der Ringzone gezeichnet. Am Boden dieses Kolbenkörpers ist eine überstehende Rippe 11 mit einer kreisringförmigen Stirnfläche 12 vorgesehen, welche von Bohrungen 13 zur Aufnahme von Halteschrauben durchsetzt sind. Die Halteschrauben bestehen aus je einem Dehnschaft 21, einem Gewindeteil 22 und einem nicht gezeichneten Kopf. Die Köpfe der Schrauben stützen sich gegen ebenfalls nicht gezeichnete Schultern am Schaft des Kolbenkörpers 10 ab.
Die Bodenplatte 30 weist eine ringförmige Rippe 31 mit einer der Stirnfläche 12 des Kolbenkörpers gegenüberliegenden Stirnfläche 32 auf. Diese ringförmige Rippe ist von Gewindebohrungen 33 durchsetzt, die mit den Bohrungen 13 des Kolbenkörpers 10 gleichachsig sind. Zwischen den Stirnflächen 12 und 32 ist ein

ίο Spalt ausgebildet Die Stirnfläche 12 ist dabei erfindungsgemäß gekrümmt Im vorliegenden Fall ist ein gleichmäßiger Krümmungsradius gewählt. Der Krümmungsradius kann aber auch gemäß Anspruch 2 variiert werden. Die Spaltweite und exakte Krümmung der Oberfläche der Ringrippe des Kolbenkörpers sind von Fall zu Fall entsprechend der im Betrieb zu erwartenden Wölbung der Bodenplatte, die im voraus berechnet werden kann, auszulegen.

hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kolben für Verbrennungsmotoren, insbesondere für Dieselmotoren, mit einem aus Leichtmetall bestehenden Kolbenkörper und einer aus einem Metall mit geringerer Wärmeleitfähigkeit aber größerer Warmfestigkeit, z. B. aus Stahl, bestehenden Bodenplatte, die an ihm mit Hilfe von parallel zur Kolbenachse verlaufenden, vorzugsweise als Dehnschrauben ausgebildeten Halteschrauben befestigt ist und sich nur mit einer ringförmigen Rippe gegen den Kolbenkörper längs einer von den Halteschrauben durchsetzten schmalen Ringrippe abstützt, und bei dem zwischen den einander gegenüberliegenden Stirnflächen der an der Bodenplatte gebildeten ringförmigen Rippe und der Ringrippe des Kolbenkörpers bei Raumtemperatur und bei noch nicht angezogenen Halteschrauben ein sich radial nach außen erweiternder Spalt frei bleibt, dadurch gekennzeichnet, daß die der ^o Bodenplatte (30) zugewandte Stirnfläche (12) der Ringrippe (11) des Kolbenkörpers (10) in radialer Richtung konvex gekrümmt ist

2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius von der Kolbenlängsachse aus gesehen mit zunehmendem radialen Abstand abschnittsweise oder stetig zunimmt.

3. Kolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem engen radial außenliegenden Ringabschnitt der Krümmungsradius am kleinsten ist.