DE8217338U1 - Kolbenboden fuer einen gebauten kolben - Google Patents

Description

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Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen

Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf einen Kolbenboden für einen gebauten Kolben, insbesondere für Großdieselmotoren, aus schmiedbarem, warmfesten Stahl - mit

gewölbeartigem Kolbenmittelteil, umlaufender Kolbenbodenschulter, innernseitig angeordneter, umlaufender Nabe,

wobei die Kolbenbodenschulter zur Aufnahme von Kolbenringen bestimmt und zum Aufsetzen auf einen separat gefertigten Kolbenschaft eingerichtet ist, an den auch die umlaufende Nabe mittels Verschraubung und/oder Verschweißung anschließbar ist.

Im Rahmen der feus der Praxis) bekannten Maßnahmen wird der Kolbenboden des beschriebenen Aufbaus spanabhebend geformt, nämlich aus einer entsprechend vorbereiteten Scheibe, spanabhebend herausgearbeitet, mag diese auch aus einem Stahl bestehen, der an sich schmiedbar ist. Das ist aufwendig, da bei der Zerspannung warmfester Werkstoffe sehr hohe Zerspannungskosten entstehen. Falls mit gegossenen Rohlingen gearbeitet wird, ist die Verwendung von Werkstoffen mit höherer thermischer Belastbarkeit dadurch eingeschränkt, daß diese Werkstoffe besonders seigerungsempfindlich sind, wobei sich Seigerungszonen entweder im Bereich der Kolbenbodenmitte oder auch im Bereich der Kolbenbodenschulter einstellen. Dort stören sie erheblich. Darüber hinaus stört, daß sich \ anisotrope Eigenschaftsfelder einstellen, was dazu zwingt, den ' Kolbenboden insgesamt nach den niedrigsten Werten auszulegen, j Nichtsdestoweniger führen anisotrope Eigenschaftsfelder in den \

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Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen

bekannten Kolbenböden zu einem vorzeitigen Ausfall des Kolbens mit wechsendem Dauerlastbetrieb.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kolbenboden des beschriebenen Aufbaus anzugeben, der auf einfache Weise hergestellt werden kann, und zwar mit erheblich verringerter Anisotropie der bauteilbezogenen Eigen-( ) schäften, die besonders eng mit der erreichbaren Lebensdauer korrelieren.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß das Kolbenbodenmittelteil eine Kolbenbodenschulter aufweist, die aus einem Kragen eines Napfes geschmiedet ist, an den innenseitig eine umlaufende Nabe angeschmiedet ist. 7-ur Herstellung eines solchen Kolbenbodens wird so vorgegangen, daß aus einem schmiedbaren warmfesten Stahl in einem ersten Verformungsschritt ein Napf geschmiedet wird, der einen dem Kolbenbodenmittelteil entsprechenden Bereich und einen umlaufenden Kragen aufweist, und daß danach in einem zweiten Verformungsschritt unter weiterer Ausformung des Kolbenbodenmittelteils aus dem Kragen die Kolbenbodenschulter sowie die innenseitig umlaufende Nabe geschmiedet werden.

j Im Rahmen der Erfindung kann mit den verschiedensten warmfesten Stählen gearbeitet werden, wie sie auch bisher für Kolbenboden aus Stahl eingesetzt werden. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein hochlegierter Ventilstahl verwendet wird, z. B. der Ventilstahl X 45 Cr Si 9. Bewährt hat sich aber auch die Verwendung eines warmfesten Werkstoffes mit folgender Richtanalyse

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Andrejewski, Honke & Partner, Patentanv/älte in Essen

C bis 0,2 Cr 12-14 % Ni 1,6-2,3

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Mn bis 0,5
Mo bis 0,5

Si bis 0,5 W 2,5 bis 3,5

Rest Eisen und übliche Verunreinigungen. An den Schmiedevorgang kann man eine homogenisierende Wärmebehandlung anschließen.

Die erreichten Vorteile sind darin zu sehen, daß bei dem erfindungsgemäßen Kolbenboden bezüglich Warmfestigkeit oder durch antisotrope Eigenschaftsfelder Beschränkungen nicht in Kauf genommen werden müssen. Das Bauteilverhalten ist vielmehr dahingehend optimiert, daß Werkstoffe einer weniger hochwertigen und weniger kostspieligen Klasse für den Kolbenboden eingesetzt werden können, ohne daß die Brennraumleistung und damit die Motorleistung reduziert werden müßte. Anders ausgedrückt erreicht man mit dem erfindUngsgemäßen Kolbenboden bei Einsatz bekannter Werkstoffe eine Erhöhung der Brennraumleistung und damit der Motorleistung. Von besonderer Bedeutung ist, daß der Kolbenboden sehr genau geschmiedet werden kann, so daß der noch erforderliche Zerspanungsaufwand in erheblichem Maße reduziert ist, beispielsweise auf die Bereiche, die die Kolbenringe aufzunehmen haben. Die Anisotropie der Eigenschaften des Kolbenbodens in kritischen Bereichen ist vermindert.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in scheraatischer Darstellung

Fig. 1 einen Axialschnitt durch einen Kolbenboden mit angeschlossenem Kolbenschaft,

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Fig. 2 einen entsprechenden Querschnitt durch den Napf, der dem erfindungsgemäßen Kolbenboden zugrunde liegt,

Fig. 3 einen entsprechenden Schnitt durch den Kolbenboden.

Aus der Fig. 1 entnimmt man zunächst, wie der Kolbenboden aussieht. Man erkennt ein gewölbeartiges Kolbenbodenmittelteil 1 und eine umlaufende Kolbenbodenschulter 2. Innenseitig ist eine ebenfalls umlaufende Nabe 3 angeordnet. Die Kolbenbodenschulter 2 ist zur Aufnahme der Kolbenringe bestimmt und trägt entsprechende, eingedrehte Nuten 4. Der Kolbenboden ist im übrigen zum Aufsetzen auf einen separat gefertigten und nur angedeuteten Kolbenschaft 5 eingerichtet an den auch die umlaufende Nabe 3 mittels Verschraubung 6 Und/oder Verschweißung anschließbar ist.

Aus einer vergleichenden Betrachtung der Fig. 1 und 2 bzw. 2 und 3 entnimmt man, daß der Kolbenboden aus dem in Fig. 2 dargestellten Napf geformt wurde. Aus einem schmiedbaren warmfesten Stahl ist in einem ersten Verformungsschritt der Napf geschmiedet worden. Dieser besitzt einen dem Koibenbodenmittelteil 1 entsprechenden Bereich und einen umlaufenden Kragen 7. Aus einer vergleichenden Betrachtung der Fig. 2 und 3 entnimmt man ferner, wie unter weiterer Ausformung des Kolbenbodenmittelteils 1 aus dem Kragen 7 die Kolbenbodenschulter 2 sowie die innenseitig umlaufende Nabe 3 geschmiedet wurden. Der fertig geschmiedete Gegenstand bedarf nur noch geringer Zerspannungsarbeit, z. B. zur Herstellung der Nuten 4 für die Aufnahme der Kolbenringe und zur Herstellung von Anschlußpassungen u. dgl.

Claims (3)

Andrejewski, Honke & Partner Anwaitsakte: 58 622/No- G 82 17 338.9 Bercheia & Schaberg GmbH Am Dördelmannshof 5 4650 Gelsenkirchen Patentanwälte Diplom-Physiker Dr. Walter Andrejewski Diplom-Ingenieur Dr.-Ing. Manfred Honke Diplom-Physiker Dr. Karl Gerhard Masch 4-300 Essen 1, Theaferplafz 3, Postf. 100254 30. August 19 "Kolbenboden für einen gebauten Kolben" Schutzansprüche:

1. Kolbenboden für einen gebauten Kolben, insbesondere für Großdieselmotoren, aus schmiedbarem, warmfssten Stahl - mit gewölbeartigem Kolbenbodenmittelteil, umlaufender Kolbenbodenschulter und innenseitig angeordneter, umlaufender Nabe,

wobei die Kolbenbodenschulter zur Aufnahme von Kolbenringen bestimmt und zum Aufsetzen auf einen separat gefertigten Kolben-

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schaft eingerichtet ist, an dem auch die umlaufende Nabe mittels Verschraubung und/oder Verschweißung anschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Kolbenbodenmittelteil (1) eine Kolbenbodenschulter (2), die aus einem Kragen (7) eines Napfes (1,7) geschmiedet ist, an den innenseitig eine umlaufende Nabe (3) angeschmiedet ist.

2. Kolbenboden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er aus hochlegiertem Ventilstahl besteht, z. B. aus Ventilstahl X 45 Cr Si 9.

3. Kolbenboden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß er aus einem warmfesten Werkstoff der Richtanalyse

C bis 0,2 Cr 12-14 % Ni 1,6-2,3,

Mn bis 0,5
Mo bis 0,5

Si bis 0,5 W 2,5 bis 3,5

Rest Eisen und übliche Verunreinigungen, besteht.