DE3236354C2 - Von Verbrennungswärme unmittelbar beaufschlagtes, axial hin- und hergehend bewegtes Bauteil einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit Hitzeschild - Google Patents

Abstract

Bei einem von Verbrennungswärme unmittelbar beaufschlagten, hin- und hergehend bewegten Bauteil einer Hubkolbenbrennkraftmaschine ist an dessen dem Wärmeeinfall zugewandten Seite unmittelbar gehalten ein Hitzeschild aus Keramik angeordnet. Als Hitzeschild ist eine dünne, bei Raumtemperatur ebene Oxidkeramikplatte verwendet, die die dem Wärmeeinfall zugewandte Seite des Bauteiles zu einem Großteil überdeckt. Dabei ist die Oxidkeramikplatte durch einen sie aufnehmenden und umfassenden metallischen Tragring am Bauteil gehalten. Die Auflagefläche am Bauteil ist derart ausgebildet, daß die an ihr abgestützte Oxidkeramikplatte schwach konvex gewölbt verspannt und diese Durchbiegung der Oxidkeramikplatte gerade so groß ist, daß bei Betriebstemperatur die Plattenwölbung erhalten bleibt, sich jedoch infolge des zwischen Plattenoberseite und -unterseite herrschenden Temperaturgefälles die platteninternen Spannungen weitgehend abbauen.

Description

Die Erfindung betrifft ein von Verbrennungswärme unmittelbar beaufschlagtes, axial hin- und hergehend bewegtes Bauteil einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, an dessen dem Wärmeeinfall zugewandter Seite als Hitzeschild eine dünne Oxidkeramik-Platte angeordnet ist, die die dem Wärmeeinfall zugewandte Fläche des Bauteils zu einem Großteil überdeckt sowie durch einen sie aufnehmenden und umfassenden metallischen Tragring am Bauteil gehalten ist.

Ein solchermaßen ausgebildetes Bauteil ist aus der CH-PS 2 44 427 bekannt Ähnliche, aber konstruktiv anderst gestaltete Lösungen sind aus der DE-OS 28 21 506 der DE-PS 7 25 761, der JA-Patentveröffentlichung 56-83551 und der FR-PS 13 94 167 bekannt Außerdem ist aus der US-PS 34 26 741 ein Auslaßventil bekannt, bei dem der Hitzeschild durch einen oder mehrere Ringe aus keramischem Material gebildet ist, die relativ kompliziert gestaltete, schmale und tief in das Material des Ventiltellers eingearbeitete Ringnuten nach außen hin abschließen und so den Eintritt von Verbrennungsgasen in diese derart verschlossenen, mit Luft oder Asbest gefül'ten Isolationsräume verhindern sollen. Solche Ventilkonstruktionen sind jedoch einerseits technisch kaum realisierbar und wären andererseits im Betrieb wohl nur sehr kurzlebig; letzteres deshalb, weil der Ventilteller durch die radialen Einschnitte instabil wird, denn durch die stoßweise Beanspruchung während des Motorbetriebes treten Schwingungen im Ventiltellerbereich auf, durch die sich die Keramikringe in den Nuten lösen und brechen sowie dann zu weitaus schwerwiegenderen Beschädigungen des Motors führen können, so Darüber hinaus ist bei dieser bekannten Ventilkonstruktion keine gute Wärmedämmung erzielbar, denn der Wärmeeinfall in den Ventilteller wird nur partiell und auch nur dort begrenzt wo nicht mit höchsten Temperaturwerten zu rechnen ist

Bei der aus der DE-PS 7 25 761 bekannten Lösung ist ein keramischer Hitzeschild am Kolbenboden angeordnet Der Hitzeschild ist dort in den Kolbenkörper eingegossen, wobei dessen Material für eine formschlüssige Halterung des Hitzeschildes Teile desselben hiniergreift Diese Befestigungsart für den Hitzeschild erweist sich als kaum praktikabel, da sich das Material des Kolbenkörpers wesentlich stärker ausdehnt im Betrieb der Maschine als jenes des Hitzeschildes. Letzterer würde dann am Kolbenboden flattern, was schlimmstenfalls wegen der ständigen Stoßbelastung zu einem Bruch desselben führen könnte.

Bei der aus der DE-OS 28 21 506 bekannten Lösung ist an einem Kolbenboden oder einen Auslaßventilteller

einer Hubkolbenbrennkraftmaschine eine einen Hitzeschild bildende Scheibe aus keramischem Material angeordnet Mehrere Befestigungsvarianten für den Hitzeschild sind aufgezeigt Beispielsweise soll dieser Ober einen Ring gehalten werden, der wiederum in einer Ver- s t-efung einer Tragplatte mit Preßsitz eingesetzt ist Die Tragplatte selbst ist mittels Dehnschj-auben am Kolben befestigt Auch diese bekannte Lösung erweist sich als kaum praxistauglich. Zum einen ist die den Hitzeschild bildende Keramikscheibe relativ dick. Dies hat zur FoI-ge, daß zwischen deren Oberseite und Unterseite ein starkes Temperaturgefälle beim Betrieb der Maschine herrscht welches Temperaturgefälle an Ober- und Unterseite unterschiedliche Querdehnungen hervorruft Diese unterschiedlichen Querdehnungen wiederum be- is wirken, daß sich die Keramikscheibe zur Seite des Wärmeeinfalls hin konvex wölbt Dieses Aufwölben und außerdem die größere Ausdehnung der die Keramikscheibe haltenden metallischen Befestigungsmittel im Betrieb bewirken eine relativ starke Abnahme der Befesti- gungs- und Haltekräfte für die Keramikplatte. Au3erdem wird die Keramikscheibe durch die einwirkenden Zünddrücke in Schwingungen versetzt die schlimmstenfalls zu deren Bruch führen können.

Bei der aus der jap. Patentveröffentlichung 56-83551 bekannten Lösung ist an einem Kolben einer Brennkraftmaschine als oder am Kolbenboden über einen Halter ein relativ dicker Hitzeschild angeordnet Dabei treten die gleichen oder ähnliche wie vorher im Zusammenhang mit der aus der DE-OS 28 21 506 geschilder- ten Probleme auf.

Bei der aus der FR-PS 13 94 167 bekannten Lösung ist an einem Gaswechselventil als Hitzeschild eine Keramikplatte in den Ventilteller eingelassen und dort durch Formschluß gehalten. Da aber die Materialien von Hitzeschild und Ventilkörper andere Ausdehnungskoeffizienten besitzen, tritt auch hier das Problem auf, daß sich der Ventilkörper stärker dehnt als der Hitzeschild. Dies hat zur Folge, daß der Hitzeschild nicht mehr exakt in der Vertiefung am Ventilteller gehalten ist und Axialbewegungen vollführen kann, die mit Sicherheit bei keramischem Material zum Bruch des Hitzeschildes führen.

Bei der aus der CH-PS 244 427 bekannten Lösung ist an der gewölbten Oberfläche des Kolbenbodens eine formmäßig dieser Wölbung angepaßte, relativ dicke Keramikplatte und darüber als Schutzeiement eine Blechplatte aus hitzebeständigem Stahl angeordnet Die Keramikplatte ist in einem Aufnahmering gefaßt, der gleichzeitig den Ringträger bildet und formschlüssig in Axialrichtung gesichert am Kolben befestigt ist Dieser metallische Aufnahmering und die Keramikplatte dehnen sich unter der Einwirkung der Verbrennungstemperaturen unterschiedlich aus. Die Keramikplatte kann dann in der Aufnahmepfanne schwimmen. Auch das Abdeckblech wird sich radial ausdehnen, da diesem dies von der Konstruktion her erlaubt ist. Dabei wird die Wölbung geringer, so daß es im Zentrum von der Keramikplatte abhebt Dies hat zur Folge, daß bei jeder Druckbeaufschlagung durch den Verbrennungsdruck die Abdeckplatte auf die Keramikplatte hämmert und diese zumindest zu Schwingungen angeregt wird, die zu deren Bruch führen können.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, bei einem Bauteil der eingangs definierten Art einen gut wärmedämmenden Hitzeschild vorzusehen, der einfach und billig herzustellen, mit geringem Aufwand am Bauteil anbringbar sowie dort sicher gehalten und außerdem unempfindlich gegen mechanische und thermische Beanspruchungen ist die während des Moiorbetriebes auf das Bauteil einwirken.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch eine Ausbildung und Anordnung des Hitzeschildes, wie im Anspruch 1 angegeben, gelöst Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sowie Anwendungen dieser Lösung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Der erfindungsgemäße Hitzeschild erfüllt aufgrund seiner Ausgestaltung und unkomplizierten Anbringung am Bauteil die aufgabengemäß gestellten Anforderungen. Durch die niedrige Wärmeleitfähigkeit der Oxidkeramikplatte bedingt wird die in das Bauteil eintretende Wärmemenge reduziert und so das Temperaturniveau derselben abgesenkt Die Oxidkeramikplatte ist am thermisch am höchsten beanspruchten Ort des Bauteiles angebaut und bewirkt somit aufgrund dieser Anordnung die größte Wärmedämmung. Durch die erfindungsgemäße Art der Vorspannung der Oxidkeramikplatte am Bauteil ist sichergestellt daß diese im Betrieb der Maschine sicher an ihrem Ort befestigt bleibt und auch nicht in gefährliche Schwingungen versetzt werden kann. Die Durchbiegung der Oxidkeramikplatte beim Anbau des Hitzeschildes ist gerade so groß, daß bei Betriebstemperatur die Plattenwölbung erhalten bleibt sich jedoch infolge der an Plattenober- und -unterseite unterschiedlichen Temperaturen und dadurch bedingt unterschiedlichen Dehnungen die im kalten Zustand gegebenen platteninternen Spannungen weitgehend abbauen.

Einzelheiten der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1: ein teilweise und im Schnitt dargestelltes Gaswechselventil einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, vorbereitet für den Anbau eines Hitzeschildes nach der Erfindung,

F i g. 2 ein Ausführungsbeispiel eines Hitzeschildes nach der Erfindung, geeignet für eine Anbringung am Gaswechselventil nach F i g. 1,

F i g. 3 den Hitzeschild von F i g. 2 in anbaufertigem Zustand,

F i g. 4 den Hitzeschild gemäß F i g. 3, angebaut am Gaswechselventil gemäß Fig. 1,

F i g. 5 das Gaswechselventil mit Hitzeschild gemäß Fig. 4 nach der Endbearbeitung,

F i g. 6 eine Variante zu dem in F i g. 5 dargestellten Gaswechselventil,

F i g. 7 eine Variante der Befestigung für einen Hitzeschild an einem Gaswechselventil,

F i g. 8 eine Variante im Auflagebereich eines Hitzeschildes nach der Erfindung an einem ihn tragenden Gaswechselventil,

F i g. 9 einen Längsschnitt durch einen Kolben einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einer Ausführungsmöglichkeit der Hitzeschildausbildung und -anbringung,

F i g. 10 einen Längsschnitt durch einen Kolben einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einer Ausführungsmöglichkeit der Hitzeschildausbildung und -anbringung,

F i g. 11 einen Längsschnitt durch einen Kolben einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einer Ausführungsform der Hitzeschildausbildung und -anbringung,

F i g. 12 einen Längsschnitt durch einen Kolben einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einer Ausführungsmöglichkeit der Hitzeschildausbildung und -anbringung.

Ein nach der Erfindung ausgebildeter Hitzeschild kann in der ebenfalls erfindungsgemäßen Art praktisch

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an jedem von Verbrennungswärme unmittelbar beauf- 1/20 bis 1/150 jenes Durchmessers des Bauteiles, wie er

schlagten, axial hin- und hergehend bewegten Bauteil in der Befestigungsebene für die Oxidkeramikplatte-1

einer Hubkolbenbrennkraftmaschine angebracht sein. gegeben ist

Bei solchen Bauteilen kann es sich um die Gaswechsel- Der die Oxidkeramikplatte 1 umfassende Tragring 2 ventile (Ein- und Auslaßventile) und die Kolben der 5 ist vornehmlich aus einer hitze-und korrosionsbeständi-

Brennkraftmaschine handeln. Es können jedoch auch gen Metallegierung, beispielsweise Stahl der DIN-Be-

noch andere Ventile, die an einen Brennraum angren- zeichnung 42CrMo 4V hergestellt Der Tragring 2 kann

zen, mit einem Hitzeschild nach der Erfindung ausge- jedoch auch aus anderem Material hergestellt sein, wie

stattet sein. Unter solchen Ventilen sind Anlaßventile einer unter dem eingetragenen Warenzeichen »Nimofür druckluftanlaßbare Maschinen und Überdrucksi- 10 nie« bekannten Legierung Nimonic 8OA, das eine Wär-

cherheitsventile zu verstehen. Des weiteren können meleitzahl (W/mK) von λ - 11,2 sowie einen Wärme-

auch Ventile, die im Abgasturbolader einer Brennkraft- ausdehnungskoeffizienten (m/mK) von λ = 15 χ ΙΟ-⁶

maschine im Turbinenbereich die Abblasung oder Um- aufweist

blasung von Verbrennungsgasen steuern, mit einem Die Oxidkeramikplatte 1 kann mittels des Tragringes Hitzeschild nach der Erfindung ausgestattet sein. Es sei 15 2 formschlüssig gehalten, in diesem jedoch auch kraftdiesbezüglich darauf hingewiesen, daß ein Abgasturbo- schlüssig befestigt und beispielsweise in ihn eingelader als Bestandteil einer Brennkraftmaschine angese- schrumpft sein.

hen wird, sofern die Maschine für Laderbetrieb konzi- In den Figuren ist eine praxisgerechte Ausführung für

piert und ausgelegt ist den Form- und/oder Kraftschluß zwischen Tragring 2

Unabhängig davon, um welches Bauteil einer Hub- 20 und Oxidkeramikplatte 1 dargestellt, die sich in allen in kolbenbrennkraftmaschine es sich handelt, ist als Hitze- der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen schild eine dünne, bei Raumtemperatur ebene Oxidke- wiederfindet Dabei besteht die Oxidkeramikplatte 1 am ramikplatte verwendet, die die dem Wärmeeinfall züge- Umfang aus drei axial hintereinander liegenden, unterwandte Fläche des Bauteiles größtenteils überdeckt und schiedlichen Ringflächen, nämlich einer vorderen zylindort durch einen sie aufnehmenden und umfassenden 25 drischen Ringfläche 8, einer hinter zylindrischen, gegen-Tragring gehalten ist Die Oxidkeramikplatte ist in allen über der vorderen durchmessergrößeren Ringfläche 9 Figuren — soweit dargestellt — mit 1 und der Tragring und einer dazwischen liegenden, den Übergang zwi-— soweit dargestellt — mit 2 angezogen. Die Auflage- sehen vorderer und hinterer Ringfläche bildenden kegefläche am Bauteil ist derart ausgebildet, daß die an ihr ligen Ringfläche 10, deren Neigung zur Plattenebene abgestützte Oxidkeramikplatte 1 schwach konvex ge- 30 vorzugsweise 45° beträgt Der Übersichtlichkeit halber wölbt verspannt ist Dabei ist diese Durchbiegung der sind die Bezugszeichen für diese Ringflächen 8,9,10 nur Oxidkeramikplatte 1 gerade so groß festgelegt, daß bei in den -F i g. 2 und 8 bis 12 eingetragea An diese äußere Betriebstemperatur, d. h. wenn den heißen Verbren- Form der Oxidkeramikplatte 1 ist der Tragring 2 für nungsgasen ausgesetzt die gegebene Wölbung der einen Form- und/oder Kraftschluß angepaßt Hierzu be-Oxidkeramikplatte 1 erhalten bleibt sich jedoch deren 35 sitzt der Tragring 2 eine durchmesserseitig an die vordeplatteninterne Spannungen weitgehend abbauen. Letz- re Ringfläche 8 der Oxidkeramikplatte 1 angepaßte teres infolge des Temperaturgefälles zwischen der dem Durchgangsbohrung 11, an die sich eine nach hinten Wärmeeinfall zugewandten Plattenoberseite 3 und der erweiternde Ansenkung 12 anschließt, deren Kegelwindem Wärmeeinfall abgewandten Plattenunterseite 4 kel an jenen der kegeligen Ringfläche 10 der Oxidkera- und der dadurch unterschiedlichen Dehnungen von 40 mikplatte 1 angepaßt ist

Plattenober- und -Unterseite. Die am Bauteil mit 5 ange- Nachstehend sind anhand der Figuren verschiedene zogene Fläche, an der die Oxidkeramikplatte 1 mit ihrer Möglichkeiten einer Befestigung des die Oxidkeramikdem Wärmeeinfall abgewandten Seite 4 anliegt, ist platte 1 umfassenden Tragringes 2 an verschiedenen schwach konvex gewölbt ausgebildet und beispielswei- Bauteilen einer Hubkolbenbrennkraftmaschine sowie se durch eine glatte Kugelfläche realisiert, die einem 45 mehrere unterschiedliche Ausbildungen des Tragringes Krümmungsradius folgt der etwa um Faktor 10 bis 50 2 näher beschrieben. In den F i g. 1 bis 8 ist als ein solgrößer ist als jener Durchmesser des Bauteiles, wie er in ches Bauteil ein Gaswechselventil, in den F i g. 9 bis 12 der Befestigungsebene für die Oxidkeramikplatte 1 ge- dagegen ein Kolben dargestellt

geben ist Alternativ hierzu kann die gewölbte Fläche 5 Bei den Ausführungsbeispielen gemäß den F i g. 1 bis

jedoch auch durch mehrere, zueinander konzentrische, 50 5,7 und 8 ist die Oxidkeramikplatte 1 in einer Vertiefung

senkrecht zur Bauteilachse stehende und axial nachein- 13 an der dem Brennraum, mithin der dem Wärmeeinfall

ander jeweils um ein geringes Maß zurückgesetzte ebe- zugewandten Stirnseite des Ventiiteiiers i4 eines Gas-

ne Flächenteile nachgebildet sein. wechselventiles 15 eingesetzt und dort mittels des Trag-

Zur Erzielung einer hervorragenden Wärmeisolation ringes 2 gehalten. Die Vertiefung 13 besitzt dabei eine

des Bauteiles kann jene Fläche 5 desselben, an der die 55 solche Tiefe, daß die Oxidkeramikplatte 1 mit ihrer dem

Oxidkeramikplatte 1 abgestützt ist, auch noch — wie Wärmeeinfall, mithin dem Brennraum zugewandten

aus den F i g. 8 und 10 ersichtlich — durch Einformun- Oberseite 3 in einer Ebene mit der Stirnfläche 16 am

gen bzw. Vertiefungen, insbesondere konzentrische Ventilteller 14 liegt oder geringfügig aus dem Ventiltel-

Ringnuten 6 hinterschnitten sein, die abgedeckt durch ler 14 herausragt Der Boden der Vertiefung 13 umstützt

die Oxidkeramikplatte 1 luftgefüllte Isolationsräume 7 60 ist

bilden. Aus der Bildfolge von F i g. 1 bis F i g. 5 ist der Mon-

Die Oxidkeramikplatte 1 ist vorzugsweise aus Zirkon- tage- und Endbearbeitungsablauf in der Reihenfolge der oxid hergestellt und weist aufgrund dieses Materials ei- einzelnen Schritte ersichtlich. In F i g. 1 ist dabei das für ne Wärmeleitzahl (W/mK) von λ= 2$sowie einen die Anbringung des Hitzeschildes vorbereitete Gas-Wärmeausdehnungskoeffizienten von λ = 9,8 χ 10-⁶ 65 wechselventil 15 gezeigt, wobei hieraus gut die Gestalt auf. der Einformung 13 ersichtlich ist F i g. 2 zeigt jeweils

Die Dicke der Oxidkeramikplatte 1 hängt von der für ihre Zusammenfassung vorbereitet eine Oxidkera-

Größe des Bauteiles ab; sie liegt etwa im Bereich von mikplatte 1 und einen Tragring Z F i g. 3 zeigt den Trag-

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ring 2 mit eingesetzter Oxidkeramikplatte 1. In F i g. 4 Anstelle ihrer Gewinde 20 können die beiden Veritiltelist der die Oxidkeramikplatte 1 umfassende Tragring 2 !erteile 18 und 19 auch über eine Schrumpfverbindung bereits in die Vertiefung 13 eingesetzt Für die Halte- miteinander verbunden sein, wobei das Ventiltellerteil rung des Tragringes 2 in der Verliefung 13 bestehen 18 auf das andere Ventiltellerteil 19 aufgeschrumpft und dabei verschiedene Möglichkeiten. So kann der Trag- s gegebenenfalls zusätzlich durch Querstifte 21 gegen ring 2 beispielsweise kraftschlüssig in der Vertiefung 13 axiales Lösen bzw. Verschieben gesichert wäre. Unabgehalten und dabei in letztere eingeschrumpft sein. Im hängig von der jeweiligen Vtrbindungsart ist die Oxideinzelnen sind für das Anbringen eines Hitzeschildes keramikplatte 1 bei diesem Ausführungsbeispiel an der, nach der Erfindung an einem Gaswechselventil 15, wie an der Stirnfläche des Ventiltellerteiles 19 ausgebildeaus der Bildfolge von F i g. 1 bis F i g. 5 ersichtlich, fol- io ten, konvex gewölbten Fläche 5 abgestützt gende Maßnahmen durchzuführen. Bei den Ausführungsbeispielen gemäß F i g. 9 bis 12

Zunächst ist das Gaswechselventil 15 durch Einfor- sind verschiedene Befestigungsvarianten für den Hitze·

mung der Vertiefung 13 in den Ventilteller 14 für die schild an einem insgesamt mit 22 bezeichneten Kolben

spätere Aufnahme des Hitzeschildes vorzubereiten einer Hubkolbenbrennkraftmaschine aufgezeigt, die im

(F i g. 1). Außerdem sind, wie aus F i g. 2 ersichtlich, die 15 Prinzip ähnlich jenen für das Gaswechselventil sind.

Gxidkeramikpiatte 1 sowie der sie aufnehmende Trag- Wie aus den F i g. 9 bis 12 ersichtlich, ist ein Teil des

ring 2 herstellungsseitig für ihren Zusammenbau vorzu- Kolbenbodens 23 als Tragsockel 24 zur Abstützung der

bereiten. Anschließend wird die fertig bearbeitete Oxid- Oxidkeramikplatte 1 ausgebildet. Letztere ist auch hier

keramikplatte 1 in den Tragring 2 eingesetzt vornehm- durch einen Tragring 2 am Tragsockel 24 befestigt. In

lieh eingeschrumpft. Die Oxidkeramikplatte 1 ist dann 20 bevorzugter Ausführungsform ist der Tragring 2 durch

mittels ihrer vorderen Ringfläche 8 in der Durchgangs- ein Kolbenbodenteil 25 gebildet. Dabei sind das den

bohrung 11 des Tragringes 2 mit Kraftschluß gehalten; Tragring 2 bildende Kolbenbodenteil 25 und der eben-

außerdem liegt die Oxidkeramikplatte 1 mit ihrer kege- falls ein Teil des Kolbenbodens 23 bildende Tragsockel

ligen Ringfläche 10 an der kegeligen Ansenkung 12 des 24 aufeinander abgestimmt sich formmäßig ergänzend

Tragringes 2 an. Dieser zusammengebaute Zustand ist 25 ausgebildet Der Tragsockel 24 bildet einen zentralen

aus F i g. 3 ersichtlich. Danach folgt der in F i g. 4 ge- Teil des Kolbenbodens 23, während das den Tragring 2 m

zeigte Herstellungsschritt wobei beispielsweise das bildende Kolbenbodenteil 25 einen, den zentralen Teil |j

Gaswechselventil 15 erwärmt, dann der die Oxidkera- umgebenden peripheren Bereich des Kolbenbodens 23 \

mikplatte 1 umfassende Tragring 2 in die Vertiefung 13 bildet. Der Tragsockel 24 und das Kolbenbodenteil 25 jffj

eingepreßt und anschließend eingeschrumpft wird. Von 30 bilden vereinigt mit der Oxidkeramikplatte 1 den KoI- f£

der dem Wärmeeinfall, mithin dem Brennraum züge- benboden. Der Tragsockel 24 weist an seiner dem War- .j

wandten Oberseite 3 der Oxidkeramikplatte 1 ausge- meeinfall, mithin dem Brennraum zugewandten Seite gj

hend wird dann noch der zunächst axial überstehende die gewölbte Fläche 5, an der die Oxidkeramikplatte 1 S*

Teil des Tragringes 2 spanabhebend abgearbeitet Nach abgestützt ist und an seinem Umfang eine koaxial zur Js

dieser Maßnahme besitzt das Gaswechselventil die in 35 Kolbenachse verlaufende, kreiszylindrische Außenflä- Sj

F i g. 5 gezeigte Form. Die Schrumpfverbindung zwi- ehe 26 zur Lagefixierung des dem Tragring 2 bildenden fg

sehen Tragring 2 und Vertiefung 13 im Ventilteller 14 Kolbenbodenteiles 25 auf. Letzteres wiederum weist an Ij

bleibt auch im betriebswarmen Zustand des Gaswech- seinem oberen Bereich die zur Halterung der Oxidkera-

selventiles sicher erhalten, weil die Oxidkeramikplatte 1 mikplatte 1 vorgesehenen Ringflächen 11 und 12 auf, die .·

und auch der sie umfassende Tragring 2 eine höhere 40 sich mit jenen Ringflächen 8 und 10 der Oxidkeramik- }

Temperatur aufnehmen als der ihn umschließende Ven- platte 1 ergänzen.

tilteller-Werkstoff. Außerdem stellt der größere War- Das die Oxidkeramikplaite 1 umfassende, den Trag- Sj

meausdehnungskoeffizient des Tragringmateriales ei- ring 2 bildende Kolbenbodenteil 25 ist in verschiedener- _tf

nen zusätzlichen Sicherheitsfaktor dar. tiger Weise am Tragsockel 24 befestigbar. In bevorzug- g

Der die Oxidkeramikplatte 1 umfassende Tragring 2 45 ter Art ist das Kolbenbodenteil 25 an der kreiszylindri-

kann alternativ zu der vorstehend beschriebenen Lö- sehen Außenfläche 26 des Tragsockels 24 kraftschlüssig

sung jedoch auch — wie beim Ausführungsbeispiel ge- gehaltert, insbesondere aufgeschrumpft — siehe F i g. 9

maß F i g. 7 formschlüssig in die Vertiefung 13 an der und 10. Das Kolbenbodenteil 25 kann gegen axiales Lö-

Stirnseite des Ventiltellers 14 eingesetzt und stoffschlüs- sen vom Tragsockel 24 auch durch mehrere am Umfang

sig an letzterem befestigt, beispielsweise angeschweißt 50 verteilt angeordnete Querstifte 27, wie in Fig. 10 ge-

sein. Die ringsumlaufende Schweißnaht ist in F i g. 7 mit zeigt gesichert sein. Alternativ hierzu kann das die

17 bezeichnet Oxidkeramikplatte i umfassende Kolbenbodenteil 25

Eine weitere Variante für die Befestigung der Oxidke- auch mittels mehrerer, gleichmäßig am Umfang ramikplatte 1 ist in F i g. 6 dargestellt Hierbei ist der die verteilt angeordneter, koaxial zur Kolbenachse Oxidkeramikplatte 1 umfassende Tragring 2 durch ein 55 stehender Schrauben 28 - F i g. 11 — oder Zuganker 29 ringförmiges Ventiltellerteil 18 gebildet, das zur Korn- — F i g. 12 — am Kolbenmantel befestigt sein. Darüber plettierung des VentilteUers 14 mit einem weiteren, sich hinaus erweist es sich als vorteilhaft wenn das Kolbenunten am Ventilschaft anschließenden zentralen Ventil- bodenteil 25 nicht nur als Halter für die Oxidkeramiktellerteil 19 vereinigt ist und an seiner Vorderseite die platte 1, sondern auch noch als Kolbenringträger ausgezur Halterung der Oxidkeramikplatte 1 dienenden Ring- 60 bildet ist und zu diesem Zweck außen wenigstens eine flächen 11 und 12 aufweist Die Verbindung der beiden Ringnut 30 zur Aufnahme eines Kolbenringes aufweist

VentilteUerteile 18 und 19 wiederum kann formschlüssig

und kraftschlüssig oder form- und stoffschlüssig sein. Hierzu 4 Blatt Zeichnungen Bei der in Fig.6 dargestellten Ausführungsvariante

sind die beiden VentilteUerteile 18 und 19 lösbar über 65 Gewinde 20 miteinander verschraubt und zur Verhinderung eines unerwünschten Lösens dieser Schraubverbindung gegeneinander durch Querstifte 21 gesichert

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Von Verbrennungswärme unmittelbar beaufschlagtes, axial hin- und hergehend bewegtes Bauteil einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, an dessen dem Wärmeeinfall zugewandter Seite als Hitzeschild eine dünne Oxidkeramik-Platte angeordnet ist, die die dem Wärmeeinfall zugewandte Fläche des Bauteils zu einem Großteil überdeckt sowie durch einen sie aufnehmenden und umfassenden, metallischen Tragring am Bauteil gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflagefläche (5) für die Oxidkeramik-Platte (1) am Bauteil (15,22) derart ausgebildet ist, daß die vor Anbringung am Bauteil zunächst ebene Oxidkeramik-Platte (1) bei Anbringung am Bauteil über die Auflagefläche (5) gespannt und dabei schwach konvex gewölbt wird, und daß diese durch die Auflageflächenform bedingte sowie über den Tragring sichergestellte Oxidkeramik-Plattenwölbung gerade so groß ist, daß diese im betriebswarmen Zustand erhalten bleibt, wobei sich jedoch infolge des zwischen Plattenoberseite (3) und Plattenunterseite herrschenden Temperaturgefälles und den dadurch bedingten unterschiedlichen Dehnungen die oxidkeramikplatteninternen Spannungen weitgehend abbauen.

2. Bauteil mit Hitzeschild nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflagefläche (5), an der die Oxidkeramik-Platte (1) mit ihrer dem Wärmeeinfall abgewandten Unterseite (4) anliegt, im wesentlichen schwach konvex gewölbt ausgebildet ist und etwa einem Krümmungsradius folgt, der etwa um Faktor 10 bis 50 größer als jener Durchmesser des Bauteiles (15,22) ist, wie er in der Befestigungsebene für die Oxidkeramik-Platte (1) gegeben ist

3. Bauteil mit Hitzeschild nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gewölbte Auflagefläche (5) durch eine glatte Kugelfläche gebildet ist

4. Bauteil mit Hitzeschild nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gewölbte Auflagefläche (5) durch mehrere zueinander konzentrische, senkrecht zur Bauteilachse stehende und axial nacheinander jeweils um ein Stück zurückgesetzte ebene Flächenteile nachgebildet sind.

5. Bauteil mit Hitzeschild nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Zirkonoxid hergestellte und eine Wärmeleitzahl (W/mK) von λ = 2,5 sowie einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von a = 9,8 χ 10-⁶ aufweisende Oxidkeramik-Platte eine Dicke aufweist, die etwa im Bereich von 1/20 bis 1/150 jenes Durchmessers liegt, wie er am Bauteil (15, 22) in der Befestigungsebene für die Oxidkeramik-Platte (1) gegeben ist

6. Bauteil mit Hitzeschild nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die Oxidkeramik-Platte (1) kraftschlüssig in dem aus einer hitze- und korrosionsbeständigen Metallegierung bestehenden Tragring (2, 18,25) befestigt ist

7. Bauteil mit Hitzeschild nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidkeramik-Platte (1) in den Tragring (2) eingeschrumpft ist.

8. Bauteil mit Hitzeschild nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidkeramik-Platte (1) an ihrem Umfang aus drei axial hintereinander liegenden Ringflächen besteht, nämlich einer vorderen kreiszylindrischen Ringfläche (8), einer hinteren, gegenüber der vorderen (8) durchmessergrößeren, kreiszylindrischen Ringfläche (9) sowie einer den Übergang 5 zwischen vorderer und hinterer Ringfläche bildenden, kegligen Ringfläche (10), deren Neigung zur Plattenebene vorzugsweise 45° beträgt, und daß der Tragring (2, 18, 25) eine durchmesserseitig an die vordere kreiszylindrische Ringfläche (8) der Oxidkeramik-PIatte (1) angepaßte Durchgangsbohrung (11) aufweist, an die sich eine nach hinten erweiternde Ansenkung (12) anschließt deren Kegelwinkel an jenen der mittleren kegligen Ringfläche (10) an der Oxidkeramik-Platte (1) angepaßt ist