DE2832970A1 - Gebauter, fluessigkeitsgekuehlter kolben fuer brennkraftmaschinen - Google Patents
Gebauter, fluessigkeitsgekuehlter kolben fuer brennkraftmaschinenInfo
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Description
KARL SCHMIDT GMBH . 26.07.1978
Christian-Schmidt-Straße 8/12 . -DRQ/GKP-
7107 Neckarsulm
Prov. Nr. 8311 KS
Gebauter, flüssigkeitsgekühlter Kolben
für Brennkraftmaschinen
Die Erfindung bezieht sich auf einen gebauten, flüssigkeitsgekühlten
Kolben für Brennkraftmaschinen, insbesondere für mittelschnellaufende Dieselmotoren, dessen
aus einer eutektischen Aluminium-Silizium-Legierung bestehendes Unterteil mit dem -aus einem Eisenwerkstoff
bestehenden Oberteil über Schrauben verbunden und bei dem auf der Unterseite des Oberteils ein konzentrisch
verlaufender, an einer gegenüberliegenden Auflagefläche des Unterteils anliegender Abstützbund derart angeordnet
ist, daß der Abstützbund sowohl die radiale innere Be-.grenzung
des im Oberteil hinter dem Feuersteg und wenigstens einem Teil der Ringpartie befindlichen
zur Verbindungsebene offenen ringförmigen Kühlkanals bildet als auch einen zentralen, mit dem Kühlkanal über radial
angeordnete Kühlmittelbohrungen verbundenen, zur Ver-, bindungsebene offenen Kühlraum im Oberteil einschließt.
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Für hohe und höchste Belastung ist ein Einsatz solcher zweiteiliger Kolben unumgänglich, die in verschiedenen
Kombinationen herstellbar sind. Als Werkstoff für den Kolbenkopf bietet sich gegossener oder geschmiedeter
Stahl an, ebenso Sphäroguß mit seinen dem Stahl ähnlichen Festigkeitswerten. Das aus Schaft und Bolzennabe bestehende
Kolbenunterteil kann aus einer gegossenen oder geschmiedeten Aluminium-Kolbenlegierung sein. Beide
Bauteile sind über Zuganker oder Schrauben miteinander 10' verbunden. Solche zweiteiligen Kolben verlangen alle
eine Kühlung, vorzugsweise mittels eines Kühlöls.
Seit der Verwendung zweiteiliger Kolben, deren Oberteil aus Stahl oder Sphäroguß und deren Unterteil aus einer
Aluminium-Kolbenlegierung bestehen, sind zwischen Kolbenoberteil und Kolbenunterteil an der Auflagefläche des
Abstützbundes am Kolbenunterteil Verschleißerscheinungen zu beobachten, die insbesondere im Außenbereich der
Auflagefläche und um die Spannschrauben herum auftreten.
Dieser Verschleiß wird durch radiale und axiale Bewegungen der in der Verbindungsebene gegeneinanderliegenden
Auflageflächen der beiden Kolbenbauteile verursacht. Diese Bewegungen, die durch den durch die
Deformation des Kolbenoberteils infolge Temperatur und Gasdruck bewirkten Krempeleffekt hervorgerufen werden,
bewirken nicht nur einen Verschleiß, sondern beinhalten auch die Gefahr einer plastischen Deformation des
Kolbenunterteils mit nachfolgender Rißbildung und Materialabscherung in sich. Darüber hinaus nähern sich
bei der plastischen Deformation die Auflageflächen der beiden Kolbenbauteile, wodurch die Verspannung der
Schrauben bzw. Zuganker herabgesetzt wird.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Kolben
so zu gestalten, daß auch nach vergleichsweise langen Kolbenlaufzeiten kein merkbarer Verschleiß und/oder eine
Deformation im Bereich der Auflagefläche des Kolben-Unterteils erkennbar sind.
Gelöst ist diese Aufgabe durch einen zwischen der Auflagefläche des Abstützbundes und der gegenüberliegenden
Auflagefläche des Kolbenunterteils konzentrisch eingeklemmten, aus einem Eisenwerkstoff bestehenden Ring,
wobei die einander gegenüberliegenden Auflageflächen von Abstützbund und eingeklemmtem Ring umlaufend
aufeinander abwälzbar gestaltet sind.
Durch diese Maßnahme laufen die durch Temperatur und Gasdruck hervorgerufenen Bewegungen in der von Abstützbund
und eingeklemmtem Ring gebildeten Verbindungsebene ab, so daß an der Auflagefläche des aus einer Aluminium-Kolbenlegierung
bestehenden Kolbenunterteils keine Verschleißerscheinungen bzw. Deformationen verursacht
werden können.
Eine Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß eine der einander gegenüberliegenden Auflageflächen
bogenförmig, insbesondere ballig oder kreisabschnittförmig nach außen gekrümmt ausgebildet ist.
Vorzugsweise weist die der nach außen gekrümmten Auflagefläche gegenüberliegende Auflagefläche vom eingeklemmten
Ring oder Abstützbund eine korrespondierende Ausnehmung auf.
Dabei ist es möglich, die Größe der Krümmung der beiden Auflageflächen voneinander abweichend zu gestalten,
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uiri so bei steigender Belastung weitere Bereiche als
wirksame Auflagefläche zu erfassen und damit den Aufbau der spezifischen Flächenpressung zu steuern.
Als zusätzliche Maßnahme zur Erhöhung des Verschleißwiderstandes können eine oder beide der gegeneinanderliegenden
Auflageflächen von Abstützbund und eingeklemmtem Ring gehärtet, verchromt, nitriert oder in anderer Weise
oberflächenbehandelt sein.
Un den eingeklemmten Ring zu zentrieren, ist dieser entweder in einer im Kolbenunterteil angebrachten konzentrischen
Eindrehung eingesetzt oder an seiner unteren Innen- bzw. Außenkante mit einer umlaufenden Zentriernase
versehen, die an einer konzentrischen Eindrehung des Kolbenuntertexls anliegt. Der eingeklemmte Ring
kann in seinem wesentlichen Querschnitt rechteckig, trapezförmig oder ähnlich gestaltet sein. Zusätzlich
können seine axial verlaufenden Seitenflächen konkav sein.
Die Erfindung ist in den nachfolgend erläuterten Zeichnungen beispielhaft dargestellt.
3ei dem in Fig. 1 ausschnittsweise dargestellten Längsschnitt durch den oberen Bereich eines aus einem
Stahloberteil 1 und einem aus einer Aluminium-Kolbenlegierung bestehenden Unterteil 2 gebildeten Kolbens,
ist zwischen der planparallel verlaufenden Auflagefläche
3 des Abstützbundes U und der planparallel verlaufenden Auflagefläche 5 des Unterteils 2 ein
über die an seiner unteren Innenkante befindliche, an der Eindrehung 9 anliegende Zentriernase 6 konzentrisch
eingesetzter trapezförmiger Ring 7 eingeklemmt. Die der
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Auflagefläche 3 gegenüberliegende Auflagefläche 8 des
Stahlrings 7 ist ballig gekrümmt. Dieser Kolben kann in der Weise abgewandelt sein, daß die der ballig
gekrümmten Auflagefläche 8 gegenüberliegende Auflagefläche 3 des Abstützbundes 4- eine der Balligkeit entsprechende
Ausnehmung besitzt.(Fig. 2).
In Fig. 3 ist ein Ausschnitt eines Längsschnitts durch den oberen Teil eines aus einem aus Gußeisen mit Kugelgraphit
bestehenden Oberteils 10 und eines aus einer Aluminium-Kolbenlegierung bestehenden Unterteils 11
gebildeten Kolbens wiedergegeben. Zwischen der im Querschnitt kreisabschnittförmxgen Auflagefläche 12
des Abstützbundes 13 und der Auflagefläche IM- des Unterteils 11 ist der trapezförmige Stahlring 15 eingeklemmt,
wobei die an seiner unteren Außenkante angeordnete Zentriernase 16 an der Eindrehung 17 des Kolbenunterteils
11 anliegt. Korrespondierend zu der im Querschnitt kreisabschnittförmigen Auflagefläche 12
des Abstützbundes 13 ist in dea? gegenüberliegenden Auflagefläche 18 des eingeklemmten Ringes 15 eine
Ausnehmung angebracht.
Unterschiedlich zu Fig. 3 ist in Fig. h der zwischen
dem Abstützbund 13 und dem Unterteil 11 eingeklemmte Ring 19 in eine Eindrehung.20 des Unterteils 11 eingesetzt.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin,
daß an der Auflagefläche des Kolbenunterteils keine Verschleißerscheinungen auch nach vergleichsweise
langer Kolbenlaufzeit feststellbar sind.
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Claims (7)
- PATENTANSPRÜCHEIlJ Gebauter, flüssigkeitsgekühlter Kolben für Brennkraftmaschinen, insbesondere für mittelschnellaufende Dieselmotoren, dessen aus einer eutektischen Aluminium-Silizium-Legierung bestehendes Unterteil mit dem aus einem Eisenwerkstoff bestehenden Oberteil über Schrauben verbunden und bei dem auf der Unterseite des Oberteils ein konzentrisch verlaufender, an einer gegenüberliegenden Auflagefläche des Unterteils anliegender Abstützbund derart angeordnet ist, daß der Abstützbund sowohl die radiale innere Begrenzung des im Oberteil im Bereich hinter dem Feuersteg und wenigstens einem Teil der Ringpartie befindlichen zur Verbindungsebene der beiden Kolbenbauteile offenen ringförmigen Kühlkanal bildet als auch einen zentralen, mit dem Kühlkanal über radial angeordnete Kühlmittelbohrungen verbundenen, zur Verbindungsebene der beiden Kolbenbauteile offenen Kühlraum einschließt, gekennzeichnet durch einen zwischen der Auflagefläche (3, 12) des Abstützbundes C1+, 13) und der gegenüberliegenden Auflagefläche (5, 14) des Unterteils (2, 11) konzentrisch angeordneten eingeklemmten, aus einem Eisenwerkstoff bestehenden Ring (7, 15, 19), wobei die einander gegenüberliegenden Auflageflächen von Abstützbund und eingeklemmtem Ring umlaufend aufeinander abwälzbar gestaltet sind.
- 2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der einander gegenüberliegenden Auflageflächen (3, 12) von Abstützbund (4, 13) und eingeklemmtem Ring (7, 15, 19) bogenförmig, insbesondere ballig oder kreisabschnittförmig, nach außen gekrümmt ist.909886/0372
- 3. Kolben nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der der nach außen gekrümmten Auflagefläche (3, 12) von Abstützbund (4, 13) oder eingeklemmtem Ring (7, 15, 19) gegenüberliegenden Auflagefläche (8, 18) eine korrespondierende Ausnehmung angebracht ist.
- M-. Kolben nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Krümmung der beiden Auflageflächen (3,12,8,18) voneinander abweicht.
- 5. Kolben nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 1I, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der einander gegenüberliegenden Auflageflächen (3, 12, 8, 18) von Abstützbund (M-, 13) und eingeklemmtem Ring (7, 15, 19) durch Härten, Verchromen, Nitrieren oder dergleichen oberflächenbehandelt ist.
- 6. Kolben nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der eingeklemmte Ring (7, 15, 19) in eine im Kolbenunterteil (11) angebrachte konzentrische Eindrehung (20) eingesetzt ist.
- 7. Kolben nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5 s 5 dadurch gekennzeichnet, daß der eingeklemmte Ring (7, 15, 19) an seiner unteren Innen- oder Außenkante eine umlaufende Zentriernase (6, 16) aufweist, die an einer konzentrischen Eindrehung (9, 17) des Kolbenunterteils anliegt.909886/0372
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