DE7933017U1

DE7933017U1 - Brennraumrand-armierung an kolben von brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE7933017U1
Application number: DE19797933017U
Authority: DE
Inventors: W Eitle; K Fuechsle; B Hansen; K Hoffmann; W Lehn
Original assignee: Alcan Aluminiumwerk Nuernberg GmbH
Current assignee: Alcan Aluminiumwerk Nuernberg GmbH
Priority date: 1979-11-22
Filing date: 1979-11-22
Publication date: 1981-10-15

Description

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Brenriraümfand-ArmierUrig an Kolben von Birennkräftmäöchinen.

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Kolben für Brennkraftmaschinen j insbesondere für hochbelastbare Brennkraftmaschinen, mit einem am Rand seines Brennraumes angeordneten Armierungsein-

Bei hochbclasteten Brennkraftmaschinen werden die Brennraum- · ränder der Kolben thermisch und mechanisch sehr hoch beansprucht. Alis diesem Grunde werden Kolben aus AlüminiürniaCTiG-rüngeh an ihren Brennraumrändern häufig mit Einsätzen armiert, die aus Werkstoffen bestehen> die thermisch und mechanisch höher belastbar sind als der Kolbenwerkstoff selbst. 5ci der

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WetkötöffäüöWähl für dieäe Einsätze Und deren ÖimengiönieifUng § hat man bisheif Weift darauf gelegt/ daß der Werkstoff deä Einsatzes eine WärmeäUödehnUng aUfweiät/ die von demjenigen der Aluminiumlegierung deä Kolbens möglichst nicht verbchieden ist/ daß außerdem im Einöätzi selbst möglichst geringe Viäfme- bzw< meöhäriische Spannungen irrt Motörbetrieb entstehen Und daß ferner das Gewicht des Brerinräümrahdeinsatzes möglichst klein ist/ um die Masse des Kolbens in vernünftigen Grenzen zu halten*

Diese Förderungen konnten bisher nur von relativ dünnwandi** gen Einsätzen aus Werkstoffen mit höher Warmeausdehnüng erfüllt werden.

Diese bekannten dünnwandigen Armierüngseinsätze zeigen jedoch erhebIieheNachteile und zwar durch Entstehung von Rissen sowohl im Material des Armierungseinsatzes als auch im Material des Kolbens unterhalb des Einsatzes. Es sind auch schon Los- | lösungen des Armierüngseinsatzes vom Kolben und sogar das Abreißen des gesamten Kolbenkopfes relativ häufig vorgekommen.

Ziel der Erfindung ist daher, bei einem Kolben der eingangs genannten Gattung die vorerwähnten Nachteile zu vermeiden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Armierungseinsatz aus Gußeisen mit einem Nickelgehalt von etwa 34 bis 36 % und einem iiärmeausdehnungskoeffizienten von -0,5 bis 8,0 χ 1O~ m/m°C besteht und daß die sich senkrecht zur Kolbenachse erstreckenden Querschnittsabmessürtgen des AUßenümfanges des .Armierungseinsatzes 1 ,5 bis 3 mal so groß sind wie die entsprechenden Außenabmessungen des Brennraümrarides. Damit wird die Kontaktfläche zwischen Kolbenwerkstoff und Einsatzwerkstoff an diejenige Stelle gelegt, die im praktischen jj Betrieb die geringsten Spannungen bzw. Verschiebungen aufweisti Hierdurch kann der Armierungseinsatz durch Formschlüssigkeit o.der intermetallische Verbindung dauerhaft im Kolben fixiert werden, so daß ein Loslösen des Armierüngseinsatzes oder ein Abreißen des gesamten Kolbenkopfes ausgeschlossen sind.

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Unter "intermetallische Verbindung" ist dabei eine Ver-* bindung von zwei oder irtehrefen unterschiedlichen Metallen, insbesondere einer chemischen Verbindung Von ünte£- ächiedlichen Metallen, mit einander gleichen Atömzahlen verstanden.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zügrunde/ daß es bei der erfindungsgemäßen Ausbildung des Kolbeneinsatzes zweckmäßig ist, daß nicht nach Erzielung einer möglichst gleich großen Wärmeausdehnung des Einsatzwerkstöffes und des Kolbenwerkstoffes sondern nach Gewährleistung des "größten Widerstandes gegen thermische und mechanische Spannungen im Betrieb des Motors getrachtet wird* Dieser größte Widerstand gegen thermische und mechanische Span-' hungen wird mit Gußeisen einem relativ hohen Nickelgehalt (z. B. Ni-Resist D-5) erreicht, das einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat.

Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung eines Kolbens besteht der Armierungseinsatz zweckmäßig aus Gußeisen mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von 2,0 bis 5,0 χ 10 m/m°C. Mit dieser Werkstoffwahl wird die Vermeidung der obengenannten Nachteile noch gefördert.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung ist nachfolgend ein besonders vorteilhaftes Aüsführüngsbeispiel anhand der Zeichnung näher beschrieben.

Die ZeiehnUng" Beigti öinen Kolben 1 im Axlaiaehnitti/ der Über den Kölfaefibölaen 2 mit der' Kolbenstange 3 verbunden iä-tii Im Bereiöh öeifier in der Zeichnung! oben liegenden Stirnfläche weis"+=, deif Kolben eine den Brennraum 4 bildende ÄüElriehmUn^ auf j die sieh Untief der MüftdUngsö.ffnün^ 6 des Bfenniraümes erweitert* Der die Mündungsöf fnürig begrenzende Rand 7 des Brenriraüiries ist von einem ÄrinierUngseinsatz 5 umgebent welcher an der in der Zeichnung oberen Stirnseite des Kolbens derart in diesen eingesetzt ist _t daß er durch Verzahnung formschlüssig im Kolben gehalten j»st* Der in der Zeichnung an der öJbeiren Stirnfläche des Kolbens liegende Äüßendürchmesser D₂ des Armierungseinsätzes 5 ist dabei so gehalten, daß er 1,5 bis 3 mal so groß ist wie der Durchmesser des Brennraumrandes 7* Dabei besitzt der Brennraum an seinem Brennraumfand praktisch seihen kleinsten sich senkrecht zur Kolbenachse erstreckenden Durchmesser, wenn man die Ausrundung des Brennraümes. an dem der Mündurigsöffnürig gegenüberliegenden Brennraumboden außer Acht läßts

Der Armierungseinsatz besteht aus Gußeisen mit hohem Nickelgehalt..Für diesen Werkstoff ist folgende Zusammensetzung in Gewichtsporzent besonders zweckmäßig:

C	rreax.	2,4	,75
Si		1,5 - 2
Mn	max*	0,50	36,00
Ni		34,00 -
Gr	max.	0,10
P	max.	ÖfÖS
Gefüge	kugelgraphit

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Dabei soll dieser Werkstoff folgende physikalische Werte haben:

6- B	E	38o	2 - 42o N/mm	10 ⁶ m/m°C
β- 0,2	HB	2-10	- 245 N/mm²
S	Kerbschlag zähigkeit	2o -	4o %
Wärmeaus dehnungs- koeffizient	110	- 140 · 10³ N/mm²
1 ?«00	- 1800 N/mm²
29 Nn/cm²
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Claims

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1. Kolben aus Aluminiumlegierung für Brennkraftmaschinnen mit einem am Rand seines Brennraumes angeordneten Armierungseinsatz, dadurch gekennzeichnet, daß der Armierungseinsat-z (5) aus Gußeisen mit einem Nickelgehalt von etwa 34 bis 36 % und einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von -0,5 bis 8,0 χ 1O~ m/m°C besteht und daß die sich senkrecht zur Kolbenachse erstreckenden Querschnittsabmessungen des Außenumfanges des Armierungseinsatzes 1-, 5 bis 3 mal so groß sind wie die entsprechenden Außenabmessungen des Brennraumrandes (7) .

2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Armierungseinsatz (5) aus einem Werkstoff mit einem Warmeausdehnuhggkoeffizienfcen von 2,0 bis 5,0 χ 1O~⁶ m/m°C besteht.

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3. Kolben nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η f zeichnet, daß der Brennraum (4) im Bereich

j: seines an der Mündungsöffnung (6) befindlichen

} Randes (7) kleineren, sich senkrecht zur Kolben-

j achse erstreckenden Durchmesser hat als in seinem

' mittleren Bereich.

4. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Armierungseinsatz (5) formschlüssig im Kolben (1) festgehalten ist.

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5. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Armierungseinsatz (5) und dem Kolben (1) eine intermetallische Verbindung aus einer Verbindung von zwei oder mehreren Metallen besteht.

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