DE2936630A1

DE2936630A1 - Kolben fuer eine brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2936630A1
Application number: DE19792936630
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dipl.-Ing. 7996 Meckenbeuren Gießelmann; Werner Ing.(grad.) 7758 Stetten Leicht
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH; MTU Motoren und Turbinen Union Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 1979-09-11
Filing date: 1979-09-11
Publication date: 1981-03-26
Also published as: DE2936630C2

Description

Kolben für eine Brennkraitmaschine
Die Erfindung bezieht sich auf einen Kolben für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 und bezweckt eine Steigerung der thermischen Belastbarkeit des Kolbens.
Es ist ein Kolben der genannten Art bekannt, bei dem zur Befestigung der Bodenplatte mehrere kurze Dehnschrauben auf einem engen Teilkreis nahe der Kolbenachse angeordnet sind.
Diese Konstruktion hat nicht befriedigt, weil der äußere Bereich der Bodenplatte sich nicht genügend verspannen ließ und weil die Dehnschrauben, wegen des geringen Abstandes zum Kolbenbolzen, nicht lang genug ausgeführt werden konnten.
Außerdem hat sich die Kühlung der Schraubenschäfte als nicht ausreichend herausgestellt.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die an der bekannten Ausführung iestgestellten Mängel zu vermeiden.
Diese Aufgabe löst die Erfindung durch die Kombination der im kennzeichnenden Teil von Patentanspruch 1 enthaltenen Merkmale 1 bis 5. Mit dieser Anordnung der Dehnschrauben wirken sich die unterschiedlichen Wärmedehnungen von Bodenplatte und Kolbenkörper bei Betriebstemperatur nicht nachteilig auf die Schraubenbeanspruchung aus. Durch die im kalten Zustand vorhandenen Form- und Maßdiiferenzen an Bodenplatte und Kolbenkörper ergibt sich beim Zusammenbau des Kolbens für die Dehnschrauben eine geringe S-förmige Doppel-Verbiegung des Dehnschaites, die bei Raumtemperatur keine Überbeanspruchung der Dehnschraube darstellt. Im betriebswarmen Zustand des Kolbens ist die Wärmedehnung der Bodenplatte größer als die des Kolbenkörpers, da infolge der wärmeisolierenden Anordnung die Bodenplatte eine hohe Temperatur annimmt. Die dadurch eintretende Verschiebung zwischen Bodenplatte und Kolbenkörper bewirkt an den Dehnschrauben die Rückbildung der S-för igen Doppel-Verbiegung in eine einiache Biegung, wodurch eine Überbeanspruchung der Dehnschrauben bei Betriebstemperatur vermieden wird. Durch die Merkmale der Patentansprüche 2 bis 7 erfolgt eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung.
Die it der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß sich zwischen Bodenplatte und Kolbenkörper, bei Werkstoffkombinationen mit großen Wäreedehnungsunterschieden, eine sichere Verbindung ergibt, daß die Biegebeanspruchung der Dehnschrauben im betriebswarmen Zustand gegenüber der Montagebeanspruchung vermindert ist, daß eine intensive Kühlung der Schraubenschäfte erreicht ist und daß sich bei der gewählten Anordnung Dehnschrauben mit großer Dehnlänge ergeben und trotzdem von den Dehnschrauben keine Verformung der Bohrung für den Kolbenbolzen verursacht wird.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachstehend näher beschrieben.
Es zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt eines Kolbens mit Dehnschrauben, die einen zylindrischen Kopf aufweisen; Fig. 2 einen Querschnitt eines Kolbens mit Stiftschrauben; Fig. 3 bis 5 eine schematische Darstellung der Verformungen von Bodenplatte und Dehnschrauben bei verschiedener Montage- bzw. Betriebszustand.
Ein Kolben 11 für eine Brennkraftmaschine besteht aus einer wärmebeständigen Bodenplatte 12 und einem Kolbenkörper 13.
In Durchgangslöchern 14 angeordnete Dehnschrauben 15 mit zylindrischen Kopf 16 und Schraubenmuttern 17 verbinden Bodenplatte 12 und Kolbenkörper 13 miteinander. Auf der Oberseite des Kolbenkörpers 13 sind auf ringförmigen Anlageilächen für die Bodenplatte 12 poröse Keramikschichten 18 angebracht, die eine Wärmedämmung zwischen Bodenplatte 12 und Kolbenkörper 13 bewirken. Dadurch wird einerseits der Wärmestrom in dem Kolbenkörper 13 klein gehalten und ande- rerseits kann die Bodenplatte 12 eine den Verbrennungsablauf im Zylinder begünstigende höhere Temperatur annehmen. Die Wärmeabfuhr aus dem Kolbenkörper 13 erfolgt durch Kühlflüssigkeit, die in einem im Kolbenkörper 13 angeordneten KUhlkanal 20 an einer nicht dargestellten Stelle eingespritzt wird.
Um eine elastische Verspannung der Bodenplatte 12 zu erreichen, ist die Anlagefläche 26 auf der Unterseite der Bodenplatte kugel- bzw. kegeliörmig ausgebildet. Da die in der Bodenplatte 12 angeordneten Ansenkungen 25 für die Köpfe 16 der Dehnschrauben 15 rechtwinklig zur Kolbenachse 23 stehende Schraubenkopfauflageflächen 24 besitzen (Fig. 3), ergibt sich beim Anziehen der Dehnschrauben eine geringe Schietstellung der Schraubenköpfe (Fig. 4). Die Dehnschrauben 15 sind in der Bodenplatte 12 in den Ansenkungen 25, die als den zylindrischen Köpfen 16 entsprechende Paßbohrungen ausgebildet sind, zentriert. Die Schraubenmuttern 17 sind über Paßhülsen 19 zentriert, die in den Durchgangslöchern angeordnet sind und über die Mutternauflagefläche am Kolbenkörper 13 vorstehen. Die Achsen der Zentrierungen für die Dehnschrauben 15 in der Bodenplatte 12 sind gegenüber den Achsen der Zentrierungen für die Schraubenmuttern 17 im Kolbenkörper 13 in Richtung aui die Kolbenachse radial um ein geringes Maß versetzt. Dadurch erleidet der Dehnschaft der Dehnschrauben 15 beim Zusammenbau des Kolbens li eine geringfügige S-fönaige Doppelverbiegung (Fig. 4), die im kalten Zustand keine Überbeanspruchung der Dehnschrauben darstellt. Bei Betrieb der Brennkraftmaschine ergibt sich infolge unterschiedlicher Wäriedehnungen und verschiedener Temperaturen von Bodenplatte 12 und Kolbenkörper 13 eine relative Verschiebung zueinander. Die Achsen der Zentrierungen für die Schraubenköpfe in der Bodenplatte 12 vergrößern dabei ihren Abstand zur Kolbenachse 23 mehr als die Achsen der Zentrierungen für die Schraubenmuttern 17.
Die S-iörrige Doppelverbiegung der Dehnschäite der Dehnschrauben 15 geht dabei in eine einfache Biegung (Fig. 5) über. Dadurch wird die Uberbeanspruchung der Dehnschrauben 15 im betriebswarmen Zustand vermieden.
Ein anderes Ausführungsbeispiel ist in Fig. 2 dargestellt.
Die Dehnschrauben sind hier als Stiftschrauben 27 ausgebildet, wobei das eine Gewindeende der Stiftschraube 27 in einem Gewindesackloch 29 in der Bodenplatte 12 fixiert ist.
Die Funktion der Ausführung nach Fig. 2 entspricht dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel.
Um eine intensivere Kühlung der Dehnschrauben 15 zu erreichen, steht der Kühlkanal 20 mit dem Durchgangsloch 14 Jeder Dehnschraube 15 in Verbindung, so daß die Dehnschäfte von Kühl flüssigkeit umgeben sind. Damit die Dehnschäite über ihre ganze Länge gut gekühlt werden, sind in jeder Schraubenmutter 17 mit dem Durchgangsloch 14 in Verbindung stehende Austrittsöffnungen 21 für Kühl flüssigkeit angeordnet. Auf diese Weise stellt sich ein vom Kühlkanal 20 ausgehender Kühlflüssigkeitsstrom entlang der Dehnschraube 15 ein. Zur Abdichtung des im Betrieb mit Kühl flüssigkeit gefüllten Durchgangsloches 14 am Durchtritt durch die poröse Keramikschicht 18 ist von der Oberseite des Kolbenkörpers 13 eine Bundbüchse 22 eingesetzt, deren obere Bundfläche gemeinsam mit der Keramikschicht bündig bearbeitet ist.
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Claims

Patentansprüche 0 Kolben für eine Brennkraftmaschine, der aus einer wärmebeständigen Bodenplatte und einem Kolbenkörper besteht und in Durchgangslöchern angeordnete Dehnschrauben und Schraubenmuttern Bodenplatte und Kolbenkörper verbinden, wobei auf der Oberseite des Kolbenkörpers auf ringförmtgen Anlageflächen für die Bodenplatte poröse Keramikschichten angebracht sind, und ein im Kolbenkörper angeordneter ringförmiger Kühlkanal von Kühlflüssigkeit durchströmt wird, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale: 1. Die Anlagefläche auf der Unterseite der Bodenplatte (12) ist kugel- bzw. kegelförmig ausgebildet.
2. In der Bodenplatte (12) angeordnete Aufnahmen für das eine Ende der Dehnschrauben (15, 27) haben parallel zur Kolbenachse verlaufende Achsen.
3. Die Dehnschrauben (15, 27) sind in der Bodenplatte (12) iixiert.
4. Die Schraubenmuttern (17) sind im Kolbenkörper (13) zentriert.
5. Die Achsen der Aufnahmen für die Dehnschrauben (15, 27) in der Bodenplatte (12) sind gegenüber den Achsen der Zentrierungen für die Schraubenmuttern (17) im Kolbenkörper (13) in Richtung auf die Kolbenachse radial um ein geringes Maß versetzt.

2. Kolben nach Anspruch 1, bei dem die Dehnschrauben einen zylindrischen Kopf aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmen in der Bodenplatte (12) für das eine Ende der Dehnschrauben (15) als Paßbohrungen ausgeführte Ansenkungen (25) sind, die den zylindrischen Köpfen (16) der Dehnschrauben (15) entsprechen.

3. Kolben nach Anspruch 1, bei dem die Dehnschrauben als Stiftschraube ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmen in der Bodenplatte (12) für das eine Ende der Dehnschrauben (27) als Gewindesacklöcher (29) ausgeführt sind.

4. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Zentrierung der Schraubenmuttern (17) in den Durchgangslöchern (14) Paßhülsen (19) angeordnet sind, die über die Mutternauflagefläche am Kolbenkörper (13) vorstehen.

5. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Kühlkanal (20) und jedem Durchgangsloch (14) eine Verbindung besteht.
6. Kolben nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder Schraubenmutter (17) mindestens eine mit dem Durchgangsloch (14) in Verbindung stehende Austrittsöffnung (21) für Kühl flüssigkeit angeordnet ist.
7. Kolben nach Anspruch 1 bis 32 dadurch gekennzeichnet, daß in jedes Durchgangsloch (14), das die poröse Keramikschicht (18) durchdringt, von der Oberseite des Kolbenkörpers (13) aus eine Bundbüchse (22) eingesetzt ist, deren obere Bundfläche gemeinsam mit der Keramikschicht (18) bündig bearbeitet ist.