DE762820C

DE762820C - Verfahren zur Herstellung von Kolben mit einer die Temperatur ausgleichenden Fuellung

Info

Publication number: DE762820C
Application number: DEH171451D
Authority: DE
Inventors: Richard Holzaepfel
Original assignee: RICHARD HOLZAEPFEL FA
Current assignee: RICHARD HOLZAEPFEL FA
Priority date: 1943-04-25
Filing date: 1943-04-25
Publication date: 1952-11-04

Description

Verfahren zur Herstellung von Kolben mit einer die Temperatur ausgleichenden Füllung Es sind bereits Kolben für hohe Beaxvspruchung insbesondere für Brennkraftmaschinen, bekannt, denen, Temperatur durch ein Kühlmittel geregelt wird, das in flüssigem Züstande in geeignete, allseitig geschlossene Hohlräume der Kolbenwandung eingebracht wird und bei der hin und her gehenden Bewegung des Kolbens einen möglichst raschen und wirksamen Ausgleich der Temperatur zwischen den einzelnen Teilen des. KolbenkÖrpers, insbesondere eine rasche Wärmeableitung von den heißesten nach weniger erhitzten Stellen bewirkt. Als Kühlmittel werdien. hierfür u. a. Metalle verwendet, die in warmem Zustand flüssig sind und sich daher gut als Wärmeträger eignen, während sie in kaltem Zustand entweder wie Quecksilber gleichfalls flüssig oder auch wie Natrium fest sein können. Bei den bisher bekannten Kolben dieser Art, bei welchem. der zur Aufnahme des Kühlmittels dienende Hohlraum sich entweder über einen großen Teil des Kolbenkörpers erstreckt oder, aus dauernd unterein @-ander in Verbindung stehenden Räumen besteht, tritt der Nachteil auf, daß sich das Kühlmittel bei einer Schräglage des Kolbs verlagert, «-as eine ungleichmäßige Kühlwirkung und eine unerwünschte Schwerpunktverlagerung des ganzen Kolbens zur Folge hat. Diese Kolben sind daher u. a. für Bozermotoren und Flugmotoren, die in jeder Lage einwandfrei arbeiten müssen, nicht geeignet. Man hat deshalb auch schon versucht. derartige Kolben in der Weis-. herzustellen. daß man eine mehr oder weniger große Zahl von einander unabhängiger, etwa parallel oder schwach geneigt zur Kolbenachse liegender Einzelkammern vorsieht, die je für sich mit dem Kühlmittel gefüllt und dann durch Verschw-eißung oder N-erschraubung geschlossen <<:erden. Diese Kolben konnten aber nicht befriedigen, weil die Füllung der Einzelkammern sehr umständlich und zeitraubend und der Verschluß nicht ausreichend zuverlässig ist, besonders dann. wenn die Füllung aus Natrium besteht, das sich infolge der Erwärmung beim Schireißen ausdehnt und dessen Dämpfe sich leicht mit dem Schweißpulver verbinden und eine korrodierende Wirkung ausüben.
Gegenstand der Erfindung ist ein #-"erfahren zur Herstellung von Kolben mit einer die Temperatur ausgleichenden Füllung, die in flüssigem Zustand eingebracht wird, bei welchem die -Nachteile der bisher bekannten, bzw. versuchsweise erprobten Verfahren vermieden sind. Erfindungsgemäß «-erden in der Kolbenwandung, entweder vom Kolbenboden oder von der gegenüberliegenden Schaftstirnfläche aus. in geeigneter Zahl parallel zur Kolbenachse liegende Kammern angebracht, die an einer Stelle durch einen umlaufenden Kanal miteinander in Verhindung stellen, die Aus-angsöffnungen dieser Kammern «-erden sodann unter Aufrechterhaltung der gegenseitigen Verbindung durch einen sie nach außen dicht abschließenden Ring überdeckt. Dann wird von einer geeigneten Stelle aus, die in der Seitenwandung oder in der Boden-oder Stirnfläche des Kolbens liegen kann. durch eine Bohrung die flüssige Füllung, beies Natrium, in die Kammern spielsweise.flüssig eingebracht und darauf die Füllung durch Verdrehung des Kolbens um iso° um eine zur Kolbenachse senkrechte Achse gleichmäßig auf sämtliche Kammern verteilt, worauf schließlich die Kammern. bzw. deren Öffnungen nach .dem N"erhindungskanal durch Einpressen des '\'ersclilußringes geschlossen und dadurch die einzelnen Kammern vonein-and:r getrennt werden. Daran anschließend werden die Einfüllbohrung und eine dieser zweckmäßig diametral gegenüberliegende Entlüftungsbohrung durch Verschweißen oder in anderer geeigneter Form geschlossen.
Der Verschlußring, der aus einem verfo-rinbare.n Metall, vorzugsweise Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht, kann ursprünglich die Gestalt eines flachen Ringes besitzen und längs seiner Ränder mit den Kolben verschweißt, in seinem inneren Teil aber zum Zweck des Abschlusses nach innen durchgedrückt «-erden, worauf die dadurch an der Oberfläche entstehende ringförmige Nut durch Einbringen eines Lötmittels ausgefüllt und schließlich der ganze Kolbenkörper abgedreht und abgeschliffen -,werden kann. Man kann aber dem Ring auch zunächst eine in der Mitte nach außen vorstehende Form geben und diesen rippenartigen Vorsprung nach Einbringung des Füllmittels in die Kammern nach innen eindrücken und dadurch die einzelnen Kammern abschließen. Zweckmäßig wird der Ring so bemessen, daß die Rippe auch noch nach dem Einpressen etwas nach außen vorsteht, worauf der Kolben glatt bearbeitet werden kann.
Die Abdeckung der Kammern im Kolbenschaft kann von der dem Kolbenboden gegenüberliegenden Schaftseite aus erfolgen oder auch durch Bohrungen im Kolbenboden, was den Vorteil mit sich bringt, daß man größere Schweißzonen für die Verbindung mit dem Versclilußring erhält.
Die Füllöffnung kann zunächst durch einen konischen Stift verschlossen werden, welcher den Verbindungskanal zwischen den einzelnen Kammern frei läßt, beim Einpressen des Verschlußringes wird zugleich dieser Stift in die Kolbenwandung eingepreßt. -,vohei er infolge seiner konischen Gestalt als Niet wirkt, dessen Kopf in üblicher «'eise angestaucht wird. -Man kann auf diese Weise die Notwendigkeit eines nachträglichen Verschweißens nach Einbringung der Füllung umgehen, was beispielsweise bei Verwendung von Natrium als Füllmittel eine Vermeidung der obenerwähnten Nachteile gestattet.
Die Einfülll-ohrung und die ihr gegenüberliegende Entlüftungsbohrung «-erden zweckmäßig in die Durchmesserebene der Kolbenbolzen gelegt, da hier keine hohlen Kammern angeordnet «-erden können.
Das neue Verfahren und Ausführungsbeispiele von nach diesem Verfahren hergestellten Kolben sind nachstehend an Hand der Zeichnung noch kurz erläutert.
Fig. i zeigt einen axialen Teilschnitt durch einen Kolben, und zwar linke vor und .rechts nach dem Eindrücken des Verschlußringes, Fig. 2 links einen radialen Schnitt durch diesen Kolben, teils nach der Linie A-A, teils nach der Linie B-B der Fig. i, rechts eine Draufsicht auf den fertigen Kolben, Fig. 3 eine Ansicht des nach dem Einpressen wieder herausgenommen gedachten Verschlußringes von innen gesehen, Fig.4 einen axialen Teilschnitt durch eine andere Ausführungsform,. und zwar wieder links vor, rechts nach _ dem Einpre$sen des Verschlußringes.
Mit i ist der Kolbenschaft eines Kolbens an sich beliebiger Bauart bezeichnet. In dem Schaft sind eine Reihe ächsparä,lleleir Bohr rungen 2 angebracht, die als Kammern zur Aufnahme des Temperaturausgleichmittels 3, beispielsweise einer Natriumfül.lung, dienen. Die Kammern stehen an ihrem oberen Ende durch einen umlaufenden Kanal q. miteinander in Verbindung. Nach Herstellung der Kammern wird zunächst der Verscblußring5 aufgebracht, der bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis 3 die Gestalt eines flachen Ringes besitzt, welcher auf dem Schaft aufgelegt und längs seiner Ränder mit diesem verschweißtwird. Sodann wird durch eine in der Durchmesserebene desi Koltbenb,olzens liegende Bohrung 6 das flüssige Metall eingefüllt, dann wird der ganze Kolben um i8o°' umgedTeht, so daß nunmehr der Kanal 4 und der Ring 5 unten liegen, wobei sich diel flüssige Füllung 3 nach dem Gesetz der kommunizierenden Röhren völlig gleichmäßig über sämtliche Kammern verteilt, während die in den Kammern enthaltene Luft durch die Bohrung 7 entweichen kann. Nun wird der Ring 5 in der in Fig. i rechts ersichtlichen Weise nach innen gedrückt, so daß er mit runden Vorsprüngen. 8 in die Mündung der Kammern :2 eintritt und gleichzeitig mit einem ringförmigen Steg 9 die einzelnen Teilkanäle 4 ausfüllt. Dadurch werden diie Kammern 2 vollständig gegeneinander abgeschlossen, eine Verlagerung der Füllung bei einer beliebigen Schräglage des, Kolbens, ist daher nicht mehr möglich. Die bei dem Eindrücken des Ringes 5 entstehende äußere Nut io kann sodann bleiben, oder durch ein Lötmittel od. dgl. ausgefüllt werden. Die weitere Fertigbearbeitung des Kolbens erfolgt nun in der eingangs geschilderten, Weise.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 unterscheidet sich von jenem nach Fig. i bis 3 dadurch, daß der Ring i i zunächst in; der Mitte einen stegartigen Vorsprung 12 und seitliche Flansche 13 besitzt, mit welchen er den entsprechend verengten Schaft i4 des Kolbens übergreift. Durch den unterhalb des, Steges 12 gebildeten Kanal 15 stehen die Kammern; a zunächst miteinandter in Verbindung. Nach Einbringung des Füllmittels und Ausgleich der Füllungen in den Kammern 2 wird der Ring fest auf den Kolbenschaft gepreßt, wo, -bei sich der Steig 12 nach innen durchdrückt und dabei den Kanal 15 und die Mündungen der einzelnen Kammern varschließt.
Der übrige Bea@rbeituii@gsvo@rgang vollzieht sich. sinngemäß wie oben.
Die Kammern 2 könnten in den Kolbenkörper von vornherein eingegossen oder nachträglich durch Bohrren od, dgl. gebildet werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Herstellung von Kolben mit einer die Temperatur ausgleichenden Füllung, die in flüssigem Zustand in in der Kolbenwandung etwa parallel zur Kolbenachse, liegende Kammern eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst diese Kammern (2) in der Kolbenwandung (i) so. angebracht werden, daß sie an einer Stelle durch einen umlaufenden Kanal (4.) miteinander in Verbindung stehen, daß sodann die Ausgangsöffnungen der Kammern unter Aufrechterhaltung der gegenseitigen Verbindung durch einen nach außen dicht schließenden Ring (5) überdeckt werden und daran anschließend von einer Stelle aus durch einte Bohrung (6) die flüssige Füllung (3) eingebracht wird, worauf die Füllung durch Verdrehung des Kolbens um i8d° gleichmäßig auf sämtliche Kammern, verteilt und schließlich die Öffnungen der Kammern nach dem Verbindungskanal (.4) durch Einpressen des Verschlußringesi (5) geschlossen werden.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß nach Einpressen des Verschlußringe!s` auch diel Füllöffnung (6) und eine dieser gegenüberliegende Entlüftungsöffnung (7) durch Verschweißen gesichlo,men werden.
3. Verfahren nach den Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußring (5) mit dem Kolbenkötrper, (i) verschweißt wird. Verfahren nach den Ansprüchen i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben nach Einpressen des: Verschlußringes! abgedreht und geschliffen witrd-. 5. Nach. dem Verfahren gemäß den Anisprüchen 1 bis 4 hergestellter Kolben, insbesondere für Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeiichnet, daß der Versch:lußring '.für die Öffnungen der Kühlkammern (2) aus einem flachen Ring (5) aus verformbaren Metall, vo@rzugsweisei Alum;inium oder einer Aluminiumlegierung besteht, der nach dem Verschweißen und nach. Ausgleich der Füllungen. der einzelnen Kammern in seinem mittleren. Teil in die Kammermündungen eingepreßt wird. 6. Kolben nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Einpressen des Ringes. (5) entstandene Nut an der Obeirfläche durch Einfüllen eines Lötmittels od. dgl. ausgefüllt ist. 7. -Nach dem Verfahren gemäß den Ansprüchen i bis 4. hergestellter Kolben, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußring (ii) zwei seitliche, die Kolben-%vandung (i4) übergreifende Flansche (i3) und einen steggförmig erhöhten mittleren Teil (i2) besitzt, der zunächst innen einen Kanal (i5) zur Verbindung der Kammern bildet und nach Ausgleich der Füllungen nach innen durchgedrückt wird. B. Kolben nach den Ansprüchen 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einfüllöffnung (6) für die Kammern (2) und die ihr gegenüberliegende Entlüftungsöffnung (7) in der Durchmesserebene der Kolbenbolzenaugen liegen. 9. Kolben nach den Ansprüchen 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einfüllöffnung (6) und die Entlüftungsöffnung (7) durch Stifte mit konischem Schaft verschlossen sind, die gleichzeitig mit denn Verschlußring eingepreßt sind.