DE3602241A1

DE3602241A1 - Kolben fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE3602241A1
Application number: DE19863602241
Authority: DE
Inventors: David 3180 Wolfsburg Payne
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1985-01-30
Filing date: 1986-01-25
Publication date: 1986-07-31

Description

Kolben für Brennkraftmaschinen
Die Erfindung bezieht sich auf einen Kolben für Brennkraftmaschinen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei bekannten Kolben dieser Bauart (z.B. DE-OS 14 76 142) weist das den Kolbenboden bildende Kopf- oder Kronenteil einen einstückigen, massiven Körper aus einem hitzebeständigen Eisenmetall oder einer Eisenmetallegierung auf, der durch eine beim Gießen des aus einem Leichtmetallgußwerkstoff bestehenden Schaftteils gebildete formschlüssige Verbindung mit diesem starr verbunden wird.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht nun darin, einen Kolben dieser bekannten Bauart so weiterzubilden, daß durch Schaffung eines wärmeisolierten Kolbenbodens der thermische Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine bei gleichzeitiger Reduzierung der Kolbenmasse erhöht wird.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1.
Erfindungsgemäß besteht also das den Kolbenboden bildende Kopfteil aus zwei scheibenförmigen, einen isolierenden Hohlraum zwischen sich einschließenden Stahlblechen, die an ihren Rändern starr miteinander verbunden sind und mit dem Schaftteil durch eine beim Umgießen desselben erzeugte formschlüssige Verbindung verbunden sind. Diese Bauform des Kopfteils ergibt eine wirkungsvolle Isolierung des Kolbens gegenüber dem Brennraum. Dabei kann der Hohlraum mit Luft gefüllt, evakuiert oder auch zum Beispiel mit einem zweckmäßigen keramischen oder sonstigen Isoliermaterial gefüllt sein. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich gemäß den Merkmalen der Unteransprüche.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Längsschnitten durch die erfindungsgemäßen Kolben dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. In den beiden Figuren der Zeichnung werden jeweils gleiche oder vergleichbare Bauteile im wesentlichen mit den gleichen, jedoch um 10 erhöhten Bezugszeichenzahlen bezeichnet. So ist mit 1 bzw. 11 jeweils ein für eine Brennkraftmaschine, beispielsweise von Kraftfahrzeugen, bestimmter Kolben insgesamt bezeichnet, der aus einem im wesentlichen ringförmigen, aus einem Leichtmetall-Gußwerkstoff gefertigten Schaftteil 2 bzw. 12 und einem aus einem wärmefesten Stahlwerkstoff gefertigten Kopf- oder Kronenteil 3 bzw. 13 besteht. Das Kopfteil 3 bzw. 13 ist seinerseits aus jeweils zwei im wesentlichen scheibenförmigen Stahlblechen 4 und 5 bzw. 14 und 15 aufgebaut, die in ihrem Randbereich auf der Stirnfläche des ringförmigen Schaftteils aufliegen und in diesem Bereich, nämlich an den Punkten 9 bzw. 19, untereinander starr, beispielsweise durch eine Verschweißung, verbunden sind. Die Form dieser scheibenförmigen Stahlbleche 4 und 5 bzw. 14 und 15 ist dabei s,o getroffen, daß sie in ihrem mittleren, achsnahen Bereich einen Hohlraum 6 bzw. 16 zur Aufnahme einer isolierenden Luftschicht einschließen. Dieser Hohlraum 6 bzw. 16 kann jedoch auch evakuiert sein oder mit einem geeigneten Isoliermaterial, wie beispielsweise einem Tonerdesilikatfaser-Material, gefüllt sein.
An der dem Brennraum zugewandten Stirnseite des äußeren oder oberen Stahlbleches 4 bzw. 14 kann zudem eine keramische Beschichtung vorgesehen sein und es kann in diesem äußeren Stahlblech, wie dies am Beispiel der Figur 2 gezeigt ist, auch eine eine Kolbenmulde bildende Einprägung 21, z.B. für den Kolben eines Dieselmotors, angebracht sein.
Die Verbindung des so gebildeten scheibenförmigen Kopfteils 3 bzw. 13 mit dem ringförmigen Schaftteil 2 bzw. 12, das neben den Ringnuten für die Kolben- bzw. Ölabstreifringe 7a, 7b, bzw. 17a, 17b auch Lageraugen 8 bzw. 18 für den hier nicht weiter gezeigten Kolbenbolzen aufweist, erfolgt durch An- oder Umgießen des Schaftteils 2 bzw. 12. Dazu kann das aus den beiden scheibenförmigen Stahlblechen 4 und 5 bzw. 14 und 15 gebildete Kopfteil 3 bzw. 13 an seinem Rand, beispielsweise an dem Rand des unteren Stahlbleches 5 bzw. 15, vorgesehene hakenförmige Umbiegungen 10 bzw. 20 aufweisen, die, nachdem dieses Kopfteil in die Gußform für das Schaftteil 2 bzw. 12 eingelegt worden ist, beim Gießen des Schaftteils von Gußmaterial unter Bildung einer formschlüssigen Verbindung umschlossen werden.
Bei der Ausführung nach der Figur 2 weist das obere Stahlblech 14 an seinem Rand zusätzlich noch über den Umfang verteilte Ausnehmungen 22 auf, in die beim Gießen des Schaftteils 12 Gußmaterial eindringt, das in Form von noppenförmigen Vorsprüngen 23 einen weiteren Formschluß zwischen dem Schaftteil 12 und dem Kopfteil 13 bewirkt.
Bei der erfindungsgemäßen Kolbenausbildung kann die Größe der aus dem Brennraum an den Kolben 1 bzw. 11 abgegebenen Wärmemenge im wesentlichen durch die Stärke der in dem Hohlraum 6 bzw. 16 vorhandenen Isolierschicht sowie durch die Größe der im Randbereich vorhandenen unmittelbaren Berührflächen bestimmt und den jeweiligen Anforderungen optimal angepaßt werden. Durch Trennung von Schaftteil und Kopfteil kann das Schaftteil zugleich als Träger für unterschiedliche, im Kolbenboden durch Kolbenmulden 21 gebildete Brennräume herangezogen werden. Wenn das untere scheibenförmige Stahlblech 5 bzw. 15 genügend tief in die Innenkontur des Schaftteils 2 bzw. 12 eingezogen wird, braucht zur Bildung beliebig unterschiedlicher Kolbenmulden sogar nur das äußere Stahlblech 4 bzw. 14 ausgetauscht werden. Dabei erweist sich die erfindungsgemäße Ausbildung des Kopfteils des Kolbens insofern als besonders zweckmäßig, als sehr unterschiedliche und komplizierte Formen von Kolbenmulden 21 durch einfache und höchst genau ausführbare Prägevorgänge in dem äußeren scheibenförmigen Stahlblech 4 bzw. 14 erzeugt werden können. Trotz dieses sehr einfachen und hinsichtlich der Kolbenisolierung wirkungsvollen Aufbaus bleibt die Kolbenhöhe und damit die Kolbenmasse sehr gering, so daß sowohl für den Bauraum, als auch für die Belastung des Triebwerks zusätzliche Vorteile erreichbar sind.
- Leervseite -

Claims

ANSPRÜCHE 1./Kolben Kolben für Brennkraftmaschinen mit einem den Kolbenboden aufweisenden Kopfteil aus einem warmfesten Stahlwerkstoff und mit einem zumindest die Kolbenringe aufnehmenden, im wesentlichen ringförmigen Schaftteil aus einem Leichtmetallgußwerkstoff, wobei das Kopfteil durch beim Gießen des Schaftteils erzeugte formschlüssige Verbindungen mit dem Schaftteil verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopfteil (3; 13) aus zwei im wesentlichen scheibenförmigen, einen isolierenden Hohlraum (6; 16) zwischen sich einschließenden und an den Rändern starr miteinander verbundenen Stahlblechen (4, 5; 14, 15) gebildet ist.
2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ränder der scheibenförmigen Stahlbleche (4, 5; 14 15) an der Stirnfläche des ringförmigen Schaftteils (2; 12) aufliegen und in diesem Bereich durch Umgießen befestigt sind.
3. Kolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopfteil (3; 13) in dem Gußmaterial des Schaftteils (2; 12) eingeschlossene Ränder (10; 20) aufweist.
4. Kolben nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Rand wenigstens eines scheibenförmigen Stahlbleches (15) Ausnehmungen (22) vorgesehen sind, in die beim Angießen des Schaftteils (2) durch Eindringen von Gußmaterial erzeugte Vorsprünge (23) eingreifen.
5. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Stahlblech (4; 14) des Kopfteils (3; 13) an seiner dem Brennraum zugewandten Oberfläche eine keramische Beschichtung aufweist.
6. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest das äußere Stahlblech (14) des Kolbenkopfteils (13) eine eine Kolbenmulde bildende Einprägung (21) aufweist.