DK172217B1 - Stempel til dieselmotorer - Google Patents

Description

DK 172017 B1

Opfindelsen angår et stempel til dieselmotorer, og som omfatter flere dele, der er sammenføjet ved hjælp af svejsning, og som er indrettet til at overføre forbrændingskræfter til en stempelstang.

5 Det er kendt at reducere godstykkelserne i toppen af et stempel og dermed godstemperaturerne ved at anvende ribber til understøtning af toppen. Der er i denne forbindelse tale om ud i ét støbte konstruktioner med radiale ribber eller kombinationer af radiale og cirkulære ribber. Det er karakteri-10 stisk for disse konstruktioner, at stemplets indvendige overflade ikke lader sig bearbejde eller kun kan bearbejdes med meget store omkostninger til følge, idet der kræves værktøjer, som kan komme ind i de trange hulrum, ligesom det er vanskeligt at fjerne spåner fra bearbejdningen. Dertil kom-15 mer, at materialekvaliteten kun vanskeligt lader sig kontrollere som følge af støbehuden og de dårlige adkomstforhold.

Til en række formål vil ubearbejdede indvendige overflader være tilstrækkelige, men i takt med, at motorydelsen ønskes forøget, stilles der større krav til overfladebeskaffenhed og 20 materialekvalitet for at sikre bedst mulig varmetransmission og udmattelsesstyrke. Dette betyder, at ud i ét støbte stempeltoppe med ribbeunderstøtninger bliver dyrere at fremstille. I forbindelse med mindre stempler til firetaktsmotorer er det kendt at fremstille stempeltoppen af flere dele, som be-25 arbejdes hver for sig og efterfølgende sammenføjes ved hjælp af elektronstrålesvej sning.

Formålet med opfindelsen er at tilvejebringe et stempel, som er velegnet til brug til især store totaktsdieselmotorer, og som forholdsvis billigt lader sig fremstille.

30 Dette opnås ifølge opfindelsen ved, at stemplet har en central ud i ét tildannet del, som er indrettet til at blive fast forbundet med stempelstangen, og som omfatter en cylindrisk central væg, der strækker sig koaksialt med stemplets 2 DK 172017 B1 midterakse, radialt fra den centrale væg udragende ribber, der i alt væsentligt strækker sig i radiale planer, der indeholder stemplets midterakse, og en stempeltop, der som en endevæg for den cylindriske centrale væg og mellemrummene 5 imellem de radiale ribber strækker sig ud til området i umiddelbar nærhed af ribbernes ydre ender, og at stemplet har en yderste cylindrisk del, som er forsynet med udvendige rundt-gående ribber til optagelse af tætningsringe, og som ved den øvre ende er forbundet med stempeltoppens ydre periferi ved 10 hjælp af svejsning.

Herved opnås et enkelt opbygget stempel, hvis dele let lader sig bearbejde i et ønsket omfang og derefter sammenføje ved svejsning, såsom elektronstrålesvejsning. Den centrale del vil alene overføre forbrændingskræfterne til stempelstangen, 15 dels via den cylindriske understøtning nærmest centrum og dels via de herfra udgående radiale ribber i forbindelse med stempeltoppen. De radiale ribbers udstrækning, tykkelse og antal afpasses efter den forventede motorbelastning. Den acceptable stempeltoptykkelse kan opnås ved bearbejdelse med 20 traditionelle skærende værktøjer, og spåner kan let fjernes.

Også materialekvaliteten lader sig let kontrollere overalt, idet adkomstforholdene er gode. Herved opnås væsentlige omkostningsmæssige fordele i forhold til traditionelle med ribber tildannede stempler samt en særdeles stor forøgelse af 25 sikkerheden for, at materialekvaliteten modsvarer specifikationerne. Ribbernes antal kan være forholdsvis stort, idet der ikke skal tages hensyn til minimumkrav for støbekerners tykkelse, således som det er tilfældet i forbindelse med traditionelle støbte stempeltoppe. Dette indebærer, at stempel-30 toppens tykkelse kan reduceres yderligere trods samme spændingsniveau .

Ved at tildanne stemplet af en ud i ét tildannet central del og en ydre cylindrisk del, som derefter svejses sammmen ved hjælp af f.eks. elektronstrålesvejsning, opnås at der kan an-35 vendes forskellige materialer til fremstillingen af de for- 3 DK 172017 B1 skellige dele. Den yderste cylindriske del kan være af et hærdbart materiale, såsom ulegeret stål med et højt kulstof-indhold, medens den centrale del kan være fremstillet af et mere varmebestandigt materiale, såsom en speciel legering, 5 f.eks. Cr-Mo-stål. Hvis den yderste cylindriske del ikke er fremstillet af et tilstrækkeligt slidstærkt materiale, vil overfladen i de rundtgående ringspor passende være Cr-belag-te. De to dele kan imidlertid også være fremstillet af ens materialer og derved svejses sammen ved traditionel svejs-10 ning.

Det er også kendt at fremstille stempler med indre kanaler til cirkulation af kølemiddel. I modsætning til traditionelt ubearbejdede, ribbede stempler med stempeltoppen støbt ud i ét kan der ved hjælp af stemplet ifølge en første udførelses-15 form for opfindelsen iværksættes en effektiv køling af toppen, hvis der i hvert ribbemellemrum er fastgjort en ledeplade, som afgrænser et øverste, nærmest stempeltoppen værende øvre kølerum, og den indre ende af hvert af disse kølerum er i åben forbindelse med den cylindriske centrale vægs indre 20 via gennemgående boringer heri, og den yderste cylindriske dels nedre ende har en aflukningsindretning til tætsluttende aflukning af området omkring den centrale del over for omgivelserne. Ved hjælp af sådanne ledeplader sikres der effektiv køling af bagsiden af stempeltoppen. Ledepladerne fastgøres 25 passende til ribberne ved hjælp af svejsning eller skruer. Kombinationen af radiale ribber, hvis funktion primært er bærende, men også varmeledende, sikrer optimale strømningsforhold for det varmeoverførende kølemiddel og muliggør, at stempeltoppen kan fremstilles med de mindst mulige gods-30 tykkelser. Aflukningsindretningen dannes passende af et stempelskørt, som tjener til styring af stemplet i en omgivende foring.

Ifølge en anden udførelsesform for opfindelsen kan der i ribberne findes boringer, som strækker sig fra den centrale vægs 35 indre til ribbernes ydre ender, og som er indrettet til at 4 DK 172017 B1 lede kølemiddel frem til eller væk fra de ydre ender af de øvre kølerum. Herved sikres der effektiv styring af strømmen af kølemiddel, således at denne kommer til at virke effektivt overalt på bagsiden af stempeltoppen og de tilstødende dele 5 af stemplet. Alternativt kan der ifølge en tredje udførelsesform for opfindelsen findes boringer i stempelstangen til at lede kølemidlet væk fra stemplets indre.

Særligt hensigtsmæssigt kan ifølge en fjerde udførelsesform for opfindelsen stempelstangen have et centralt aksialt hul, 10 hvori der er monteret en ledeindretning til at lede kølemiddel frem til og væk fra de respektive sæt af boringer.

En effektiv styring af strømmen af kølemiddel til og fra det øvre kølerum opnås, hvis ifølge en femte udførelsesform for opfindelsen der ved ribbernes ydre ender er monteret en 15 rundtgående cylindrisk ring, hvis øvre ende befinder sig i niveau med endepladernes ydre ender og er tætsluttende forbundet hermed samt med de mellemliggende dele af ribberne, og der i ringen findes et hul ud for hver boring i ribberne.

Særligt enkelt kan ifølge en sjette udførelsesform for opfin-20 delsen ledeindretningen omfatte et rør, som er placeret koak-sialt med stempelstangen og har en rundtgående flange, hvormed den støder op til den indvendige side af den centrale dels cylindriske centrale væg imellem de respektive sæt af boringer.

25 Opfindelsen forklares nærmere nedenfor under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser en del af et aksialt snit igennem en udførelsesform for et stempel ifølge opfindelsen, monteret på enden af en stempelstang, hvoraf der kun er vist en del, 30 fig. 2 et snit efter linien II-II i fig. 1, og 5 DK 172017 B1 fig. 3 en del af en anden udførelsesform for den centrale del af stemplet ifølge opfindelsen, set i aksialt snit monteret på enden af en stempelstang.

Det i fig. 1 og 2 viste stempel, som er forsynet med det ge-5 nerelle henvisningstal 1, omfatter en central del, som er forsynet med det generelle henvisningstal 2, og en yderste cylindrisk del, som er forsynet med det generelle henvisningstal 3. Den centrale del 2 omfatter en cylindrisk central væg 4 ud fra hvilken, der strækker sig radiale ribber 5, som 10 i alt væsentligt strækker sig langs radiale planer, der indeholder stemplets midterakse 6. Foroven, set i forhold til fig. 1, har den centrale del 2 en stempeltop 7, som danner en endevæg for den cylindriske centrale væg 4 og mellemrummene imellem ribberne 5 og strækker sig ud til området i umiddel-15 bar nærhed af ribbernes 5 ydre ender. Stempeltoppen har på almindelig kendt måde en nærmest skålformet form med en fordybning ved midten ned imod stempelstangssiden.

Den cylindriske centrale væg 4, de radiale ribber 5 og stempeltoppen 7 er tildannet ud i ét, idet de er fremstillet ved 20 støbning eller smedning af et passende materiale og bearbejdet efter ønske. Imellem ribberne 5 er der fastgjort ledeplader 8, som har et forløb, der er i alt væsentligt parallelt med stempeltoppen 7. Disse ledeplader 8, som er fastgjort på ikke nærmere vist måde ved svejsning eller fastskruning, af-25 grænser et øvre kølerum 9, som er beliggende imellem stempeltoppen 7 og den enkelte ledeplade 8. Hvert kølerum 9 er forbundet med den cylindriske centrale vægs inderside ved hjælp af en gennemboring 10 og ligger ellers åben ud til området omkring ribberne ved ledepladernes 8 ydre ender, set i radial 30 retning. Som vist ved hjælp af punkterede linier, er der derudover tildannet en boring 11 igennem hver ribbe strækkende sig fra den cylindriske centrale vægs 4 indvendige side ved den længst væk fra stempeltoppen 7 beliggende ende til et område tæt ved ledepladerne 8, men i niveau under disse, set 35 i retning væk fra stempeltoppen 7.

6 DK 172017 B1

Den centrale del 2 er fastgjort til den yderste cylindriske del ved hjælp af elektronstrålesvejsning ved 12. Den yderste cylindriske del 3 har på den udvendige side rundtgående spor 12, 13, 14, 15, og 15' hvori der i de fire sidstnævnte er 5 anbragt tætningsringe 16, 17, 18 og 18' på almindelig kendt måde. Det øverste spor 12 tjener til fastgribning af et løfteværktøj. Umiddelbart ud for ledepladernes 8 ydre ender har den yderste cylindriske del en rundtgående fordybning 19 i indervæggen.

10 Stemplet 1 er fastgjort på enden af en stempelstang 20 via den centrale del 2, således at den centrale cylindriske væg 4 og ribberne 5 støder direkte an imod stempelstangen 20 og understøttes af denne. Hertil er ribberne 5 tildannet med en aksialt udragende forhøjning 21 ved deres ydre ender til 15 anlæg imod stempelstangens 20 udvendige periferi. Fastgørelsen til stempelstangen kan foregå på almindelig kendt måde ved hjælp af bolte, således som vist skematisk ved 22.

Ved den nedre længst væk fra stempeltoppen 7 beliggende ende er den yderste cylindriske del forsynet med et ringformet 20 stempelskørt 23, som også fungerer som en aflukningsindretning, som er fastgjort ved hjælp af bolte 24, og som ligger tætsluttende an imod stempelstangens 20 udvendige periferi. Imellem aflukningsindretningen 23 og stempelstangen 20 er der anbragt en tætningsring 25. Aflukningsringen 23 er således 25 dimensioneret, at den under brug ligger styrende an imod cylinderens indvendige side.

Stempelstangen 20 er tildannet med et centralt aksialt hul 26, hvori der er anbragt en rørformet ledeindretning 27, som strækker sig koaksialt med stempelstangen og ved den øvre 30 ende har en påsvejset flange 28 til fastgørelse af ledeindretningen 27 på en række af fremspring 29, som er tildannet på enden af stempelstangen 20 rundt langs kanten af hullet 26. Disse fremspring 29 er således placeret, at der imellem fremspringene 29 er fri passage ind til boringerne 11 igennem 7 DK 172017 B1 ribberne 5. Ledeindretningen 27 er fastgjort til stempelstangen ved hjælp af bolte 30 og ligger tæt an imod den indvendige side af den centrale cylindriske væg 4 i området imellem mundingerne ind til de to sæt af boringer 10 og 11, der lig-5 ger adskilt fra hinanden i aksial retning. For at lette fastgørelsen af ledeindretningerne 27 har flangen 28 en rundtgå-ende udsparing 31 til optagelse af fremspringene 29.

Ved brug af stemplet ledes der kølemiddel ind til stemplet via stempelstangen 20 langs den udvendige side af ledeindret-10 ningen 27, således som vist ved hjælp af en pil 32. Herfra strømmer kølemidlet, som vist ved hjælp af en pil 33, igennem boringerne 11 frem til den indvendige side af den yderste cylindriske del 3 ved fordybningen 19. Herfra strømmer det, som vist ved hjælp af en pil 34, op imod stempeltoppen 7 og 15 tilbage radialt indad, som vist ved hjælp af en pil 35, igennem kølerummene 9 for til sidst at strømme igennem boringerne 10 ind til det indre af den centrale del 2, hvorfra det strømmer bort igennem det indre af ledeindretningen 27, som vist ved hjælp af en pil 36. Den beskrevne styring af strøm-20 men af kølemiddel sikrer, at de dele af stemplet, der udsættes for de højeste temperaturer, dvs. området omkring stempeltoppens 7 periferi hurtigt tilføres nyt kølemiddel, som hurtigt fjernes igen, således at der sikres god køling og dermed mulighed for anvendelse af en særlig tynd stempeltop 25 7.

I stedet for boringerne 11 kunne der være anbragt boringer 37, som er vist ved hjælp af punkterede linier, igennem stempelstangen 20, hvorved kølemidlet ledes centralt op igennem ledeindretningen 27 og radialt ud igennem kølerummene 9 og 30 derfra ned i bunden af stemplet og ind til stempelstangens 20 indre igen via boringerne 37.

Som vist i fig. 3, hvor dele svarende til dem, der er vist i fig. 1 og 2, er forsynet med samme henvisningstal, kan der rundt langs ribbernes ydre periferi være monteret en rundtgå-

Claims (7)

8 DK 172017 B1 ende cylindrisk ring 38, som er tætsluttende forbundet med ledepladerne 8 ved dens øvre nærmest stempeltoppen 7 værende ende. I ringen 38 er der huller 39 ud for boringerne 11 igennem ribberne 5. Ved hjælp af denne ring 39 sikres der yder-5 ligere effektiv styring af strømmen af kølemidlet frem til kølerummene 9 umiddelbart under stempeltoppen 7 samt enklere montage af ledepladerne, idet disse kan være forbundet med ringen 38 for monteringen imellem ribberne 5. Opfindelsen er blevet beskrevet under henvisning til fore-10 trukne udførelsesformer. Der kan foretages mange ændringer, uden at man herved afviger fra opfindelsens idé.

1. Stempel til dieselmotorer, og som omfatter flere dele (2, 15 3) , der er sammenføjet ved hjælp af svejsning, og som er ind rettet til at overføre forbrændingskræfter til en stempelstang (20), kendetegnet ved, at stemplet (1) har en centralt ud i ét tildannet del (2) , som er indrettet til at blive fast forbundet med stempelstangen (20) , og som om- 20 fatter en cylindrisk central væg (4), der strækker sig koak-sialt med stemplets midterakse (6), radialt fra den centrale væg udragende ribber (5), der i alt væsentligt strækker sig i radiale planer, der indeholder stemplets (1) midterakse (6), og en stempeltop (7), der som en endevæg for den cylindriske 25 centrale væg (4) og mellemrummene imellem de radiale ribber (5) strækker sig ud til området i umiddelbar nærhed af ribbernes (5) ydre ender, og at stemplet (1) har en yderste cylindrisk del (3) , som er forsynet med udvendige rundtgående ringspor (13, 14, 15 og 15') til optagelse af tætningsringe 30 (16, 17, 18 og 18'), og som ved øvre ende er forbundet med stempeltoppens (7) ydre periferi ved hjælp af svejsning.

2. Stempel ifølge krav 1, og hvori der findes kanaler til cirkulation af kølemiddel, kendetegnet ved, at der 9 DK 172017 B1 i hvert af ribbemellemrummene er fastgjort en ledeplade (8), som afgrænser et øverste nærmest stempeltoppen (7) værende øvre kølerum (9) , og at den indre ende af disse kølerum (9) er i åben forbindelse med den cylindriske centrale vægs (4) 5 indre via gennemgående boringer (10) heri, og at den yderste cylindriske dels (3) nedre ende har en aflukningsindretning (23) til tætsluttende aflukning af området omkring den centrale del (2) over for omgivelserne.

3. Stempel ifølge krav 2, kendetegnet ved, at der 10 i ribberne (5) findes boringer (11), som strækker sig fra den centrale vægs (4) indre til ribbernes (5) ydre ender, og som er indrettet til at lede kølemiddel frem til eller væk fra de ydre ender af de øvre kølerum (9).

4. Stempel ifølge krav 2 eller 3, kendetegnet 15 ved, at der findes boringer (37) i stempelstangen til at lede kølemiddel væk fra stemplets (1) indre.

5. Stempel ifølge krav 2, 3 eller 4, kendetegnet ved, at stempelstangen (20) har et centralt aksialt hul (26), hvori der er monteret en ledeindretning (27) til at lede kø- 20 lemiddel frem til og væk fra de respektive sæt af boringer henholdsvis (10 og 11).

6. Stempel ifølge krav 2, 3 eller 4, kendetegnet ved, at der ved ribbernes (5) ydre ender er monteret en rundtgående cylindrisk ring (38), hvis øvre ende befinder sig 25. niveau med ledepladernes (8) ydre ender og er tætsluttende forbundet hermed samt med de mellemliggende dele af ribberne, og at der i ringen (38) findes et hul (39) ud for hver boring (11) i ribberne (5).

7. Stempel ifølge krav 5, kendetegnet ved, at 30 ledeindretningen (27) omfatter et rør, som er placeret koak- sialt med stempelstangen og har en rundtgående flange (28) , hvormed den støder op til den indvendige side af den centrale 10 DK 172017 B1 dels (2) cylindriske centrale væg (4) imellem de respektive sæt af boringer (henholdsvis 10 og 11). 5