DE3116475C2 - Kolben für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Bei einem Kolben für eine Innenverbrennungs-Kraftmaschine hat eine Krone (1) des Kolbens einen oberen Teil (1a) und einen unteren Teil oder Ringträger (1b), die aus verschiedenen Metallen hergestellt und zusammengeschweißt sind. Die beiden Metalle sind so gewählt, daß sie den gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, das Metall des oberen Teils (1a) der Kolbenkrone (1) jedoch eine geringe Wärmeleitfähigkeit, der Ringträger (1b) dagegen eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist. In dem Kolben ist eine Kühlkammer (6) ausgebildet, die zum einen durch den oberen Teil (1a) der Kolbenkrone (1) und zum anderen durch den Ringträger (1b) begrenzt ist.

Description

Die Erfindimg bezieht sich auf einen Kolben für eine Brennkraftmaschine, mit einer Krone und einem Kolbenunterteil, die fest verbunden sind, wobei die Krone einen oberen Teil aus Metall und einen Ringträger aus Metall aufweist, die verschweißt sind, und mit einer Kühlkammer in dem Kolben, durch die ein Kühlmittel hindurchführbar ist und die an den oberen Teil der Krone, den Ringträger und den Kolbenunterteil angrenzt.

Ein derartiger Kolben ist aus der DE-OS 25 46 388 bekannt.

Im allgemeinen werden die Kolben einer Innenverbrennungs-Krattmaschine aus festem Aluminium oder festem Gußeisen und neuerdings zunehmend als sogenannte zusammengesetzte Kolben mit einer »Stahl-Krone«, die der Verbrennungswär. ie im Verbrennungsraum ausgesetzt ist, hergestellt. Die Krone ist einteilig mit einem Ringträger ausgebildet, der Kolbenringe aufnimmt, die ein gasdichtes Gleiten im Zylindermantel unter ölschmierung gestatten. Die zusammengesetzten Kolben enthalten eine Kühlkammer zum Kühlen des Ringträgers der Krone und des dem Verbrennungsraum benachbarten oberen Teils.

Der Ringträger sollte eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, um hinreichend abgekühlt werden zu können, so daß die ölschmierung wirksam ist, während der obere Teil der Krone weniger wärmeleitfähig sein sollte, um die Wärmeübertragung aus dem Brennraum zu den Kolbenringen zu verhindern. Die geringere Wärmeleitfähigkeit des oberen Kronenteils würde ferner eine Wärmeisolation ergeben, so daß die Wärmeenergie zur Erhöhung des Wärmewirkungsgrades besser ausgenutzt wird. Ein einteiliger Kolben benötigt daher entgegengesetzte thermische Eigenschaften.

Bei dem gattungsgemäßen bekannten Kolben sind der obere Teil der Krone und der Ringträger lediglich aus verschiedenen, auf die unterschiedliche Beanspruchung beider Teile abgestimmten Werkstoffen, wie härtbarer Stahl für den Ringträger und temperaturbeständiger Stahl für den oberen Teil, hergestellt. Die Unterteilung der Krone soll die Herstellung der Krone erleichtern und ihre Ausbildung mit möglichst gleichmäßiger Wandstärke zur besseren Kühlung ermöglichen.

Aus der DE-PS 6 29 977 ist ein Kolben für Brennkraftmaschinen mit einem Leichtmetall-Ringträger und einem Kolbenboden aus einem Werkstoff geringer Wärmedehnung, wie Stahl oder Gußeisen, bekannt. Diese geringere Wärmedehnung des Werkstoffs des Kolbenbodens hat den Zweck, den Leichtmetall-Ringträger auf einen mit dem Kolbenboden ein Stück bildenden, den Kolbenbolzen tragenden Ringteil fest aufschrumpfen zu können, um eine feste Verbindung zu schaffen.

Aus dem DE-GM 17 25 117 ist es lediglich bekannt, gut wärmeleitende Einlagen an einem von einem Ringträger begrenzten Kühlkanal in einem Kolben anzuordnen.

Sodann ist aus der DD-PS 1 23 962 eic Kolben bekannt, dessen Ringträger in die Kühlkammer ragende

ίο Rippen aufweist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, an einem gattungsgemäßen Kolben die Kühlung der Ringpartie zu verbessern.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der obere Teil der Krone eine niedrige und der Ringträger eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist und daß der Ringträger in die Kühlkammer ragende Rippen aufweist

Bei dieser Lösung wird nur ein geringer Teil der Verbrennungswärme durch den oberen Teil der Krone in den Ringträger übertragen, da der obere Teil praktisch als Wärmeisolator wirkt Die höhere Wärmeleitfähigkeit des Ringträgers stellt ferner sicher, daß die Kolbenringe hinreichend gekühlt werden und eine gute ÖI-schmierung der Ringe sichergestellt ist. um den Verschleiß zu verringern, da die aus dem oberen Teil der Krone, über die Zy^;inderwand und die gegebenenfalls unmittelbar durch erwärmte Gase in den Kolbenringträger übertragene Wärme sofort in das Kühlmitte! abgeleitet wird. Diese Wärmeableitung wird durch die Kühlrippen noch weiter verbessert.

Nachstehend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt F i g. 1 einen Teil eines Axialschnitts eines herkömmlichen Kolbens,

F i g. 2 einen Teil eines Axialschnitts eines erfindungsgemäß ausgebildeten Kolbens und

F i g. 3 einen Querschnitt der Krone des Kolbens nach Fig. 2.

Der herkömmliche Kolben nach F ι g. 1 hat eine Krone 1, die mittels Schrauben 3 an einem offenen Kolbenunterteil 2 befestigt ist. Die Krone 1 ist einteilig mit einem Ringträger 13 ausgebildet, der Kolbenringe 4 aufnimmt. Im Kolben ist eine Kühlkammer 6 ausgebildet,

die mit einem Ölkanal im Kolbenbolzen 8 in Verbindung steht. Durch einen Ölförderer wird über den Ölkanal Kühlöi in die Kühlkammer 6 geleitet, um den Ringträger 13 usw. abzukühlen. Das Öl strömt dann durch einen Kanal 14, eine mittlere Kammer 11 und eine Öffnung 9, um schließlich in das Kurbelgehäuse 12 zu fallen. Die Krone 1 ist im allgemeinen aus Guß- oder Schmiedestahl hergestellt, der gut wärmeleitend ist, so daß die Kolbenringe 4 hinreichend gekühlt werden, und der Kolbenunterteil 2 ist im allgemeinen aus einer Aluminiumlegierung oder Gußeisen hergestellt. Die gut wärmeleitende Krone 1 überträgt jedoch einen großen Teil der Verbrennungswärme aus dem Brennraum 7 auf die Kolbenringe 4, so daß ihre Kühlung verhindert wird.
Der in den F i g. 2 und 3 dargestellte erfindungsgemäße Kolben hat eine dem Verbrennungsraum 7 zugekehrte Krone 1 und einen offenen Kolbenunterteil 2, an dem die Krone 1 mittels Schrauben 3 befestigt ist.

Die Krone 1 hat einen oberen Teil la und einen unteren Teil oder Ringträger \b, der Kolbenringe 4 zur Schmierung und Gasdichtung zwischen Kolben und Zylinderwand 5 aufnimmt. Die beiden Teile Xa und 16 sind zwar aus verschiedenem Material, jedoch mit gleichem Temperatüraüsdehnungskoeffizienten hergestellt. Die

Teile la und 16 sind miteinander verschweißt, vorzugsweise durch Elektronenstrahl- oder Lichtbogenschweißung. Der obere Teil la der Krone besteht aus weniger gut wärmeleitendem Material mit hoher Hitzebeständigkeit. Der Ringträger Ib ist aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit hergestellt Die Teile la und 1 b können aus Legierungsstahl bestehen.

Im Kolben ist eine ringförmige Kühlkammer 6 ausgebildet, die in die Krone 1 und den Kolbenunterteil 2 ragt und durch eine Umfangswand des oberen Teils la und to einen oberen Teil des Ringträgers 16 umgeben ist, um die Teils,· la und 16 zu kühlen.

Wie F i g. 3 am deutlichsten zeigt, hat der Ringträger 1 b an seiner Innenseite Rippen 10, die in die Kühlkammer 6 ragen, um das Kühlen des Ringträgers Ib zu erleichtern, insbesondere bei Verbrennungskraftmaschinen mit hoher Leistung. Diese Kühlrippen lassen sich leicht durch Trennung der Teile la und \b ausbilden. Die anderen Teile des Kolbens können im wesentlichen ebenso wie die des herkömmlichen Kolbens nach F i g. 1 ausgebildet sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (1)

1. Patentansprüche:

   Kolben für eine Brennkraftmaschine, mit einer Krone und einem Kolbenunterteil, die fest verbunden sind, wobei die Krone einen oberen Teil aus Metall und einen Ringträger aus Metall aufweist, die verschweißt sind, und mit einer Kühlkammer in dem Kolben, durch die ein Kühlmittel hindurchführbar ist und die an den oberen Teil der Krone, den Ringträger und den Kolbenunterteil angrenzt, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Teil (\a) der Krone (1) eine niedrige und der Ringträger (\b) eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist und daß der Ringträger (Ib) in die Kühlkammer ragende Rippen (10) aufweist