NO155985B - Stempel med en del av partielt stabilisert zirkonoksyd. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår et stempel med et metallisk stempelskjørt og et ved hjelp av en krympeforbindelse dermed forbundet og overfor brennrommet liggende, eventuelt med en brenngrop utstyrt stempelhode. med en del av partielt stabilisert zirkonoksyd. Det metalliske skjørt kan oppvise et stempelbolt-navpar eller en annen festemulighet for en stempel-stang .

Fra artikkelen "Piston Design for High Combustion Pressures and Reduced Heat Rejection to Coolant" av Wacker/Sander er det alle-rede kjent et stempel med en del av partielt stabilisert zirkonoksyd, PSZ, som utgjør en del av et stempelhode. Den der beskrevne forbindelse med kolbeskjørtet beskriver en stålring som er krympet over zirkonoksyddelen 0g forbundet med kolbeskjørtet av aluminium ved hjelp av en skrueforbindelse.

En mangel ved det der viste stempel er at stempelhodet på brennromsiden kun delvis består av zirkonoksyddelen mens stålringen danner en varmebortførende bro. Som avgjørende mangel beskrives imidlertid at det p.g.<a.> zirkonsydets egenskaper utvikles høye

termiske doserte spenninger, noe som fører til ødeleggelse av

i delen av zirkonoksyd.

Fra artikkelen "PSZ Ceramics for Adiabatic Engine Components" av Woods/Oda er det beskrevet et ytterligere stempel med en bestanddel av zirkonoksyd. zirkonoksyddelen som oppviser en brenngrop oppviser en krave som langs kanten er krympet inn i et av jern fremstilt stempelskjørt. Stempelskjørtet ligger tett an mot kraven slik at det også her foreligger en ikke fullstendig isolering fordi randområdet til stempelskjørtet danner en varme-ledende bro. En ytterligere mangel ved dette stempel består i

at det som materiale for fremstilling av stempelskjørtet i det vesentlige kun er snakk om jern fordi jernets termiske utvidelse

i det vesentlige tilsvarer den til zirkonoksyd. De fleste stål og det hyppig anvendte aluminium er derimot ikke egnet fordi de har en høyere termisk utvidelse.

En videreføring av dette forslag med en overdekning av det metalliske stempelskjørt ved hjelp av kraven til zirkonoksyddelen og en krympeforbindelse mellom det metalliske stempelskjørt og det under kraven liggende område av zirkonoksyddelen ville riktignok skaffe en fullstendig isolering, men en slik krympeforbindelse stiller dog kun en minimal sikkerhet mot at delen skal løsne.

Foreliggende oppfinnelse har til oppgave,ved et stempel med metallisk stempelskjørtog en byggdel av partielt stabilisert zirkonoksyd, å bevirke en forbedret varmeisolasjon mot brennrommet. Videre vil oppfinnelsen tilveiebringe en fast og drift-sikker forbindelse mellom det metalliske stempelskjørt og delen av partielt stabilisert zirkonoksyd og derved unngå termisk induserte spenningssprekker i de enkelte deler. En ytterligere oppgave for oppfinnelsen ligger i å tilveiebringe et lett monterbart stempel.

For å løse denne oppgave beskriver oppfinnelsen et. stempel med et metallisk stempelskjørt og et ved hjelp av en krympefor-bindelse dermed forbundet og mot brennrommet vendt, eventuelt med en brenngrop utstyrt stempelhode med en av partielt stabilisert zirkonoksyd, som er karakterisert ved følgende trekk: a) det øvre område av stempelhodet som begrenser brennrommet over hele tverrsnittet består av delen av partielt stabilisert zirkonoksyd, b) i det nedre område er delen stumpkjegleformet hvorved den nedre flate av delen som utgjør berøringsområdet for delen med det metalliske skjørt oppviser en større diamter enn diameteren for stumpkjeglen i overgangsområdet til det øvre område av delen, c) det metalliske skjørt er i det øvre området stumpkjegleformet hvorved flaten som utgjør berøringsområdet oppviser den samme diameter som den nedre flate av bestanddelen;

idet det etter det øvre stumpkieqleområde følqende nedre område av skjørtet er skjørtet tildannet sylindrisk hvorved diameteren i overgangsområdet fra det øvre til det nedre området er mindre enn diameteren for den nedre bunn-flate av bestanddelen,

d) det stumpkjegleformede nedre område; av delen og det stumpkjegleformede øvre område av det metalliske skjørt holdes av en i stemplets lengde akse todelt ringformet del med en indre kontur som tilsvarer stumpkjegleformen til det nedre

område av bestanddelen og det øvre område av stempelskjørtet,

e) den ringformede del holdes av en påkrympet ytre ring.

Ved hjelp av foreliggende oppfinnelse er det derved skaffet et

stempel som på .brennromsiden fullstendig er varmeisolert, noe som muliggjør en enkel montasje av de forskjellige bestanddeler og hvorved de enkelte bestanddeler sitter sikkert og fast under driftsbetingelsene. En ytterligere fordel ligger i det faktum at på grunn av formgivingen til stemplet, henholdsvis dettes bestanddeler, står stumpkjegleområdet til zirkonoksyddelen under trykk-spenning hvorved kritiske, på grunn av termisk belastninq induserte tangentielle strekkspenninger motvirkes. En spesiell fordel ligger i at forspenningen kan varieres over kjeglevinkelen etter en spenningsanalyse.

Den på grunn av egenskapene til partiell stabilisert zirkonoksyd ut-viklede konstruktive utforming av stemplet muliggjør på fordel-aktig måte også anvendelse av aluminium som materiale for fremstilling av stempelskjørtet, hvorved man i forhold til de kjente stempler med en del av partielt stabilisert zirkonoksyd oppnår fordelen med vektbesparelse. I en i konstruktiv henseende spesielt fordelaktige utførelsesform er stemplet ifølge oppfinnelsen karakterisert ved at den indre vegg av den ytre ring er utstyrt med stempelringspor. I henhold til en foretrukket utførelses-

form består den ytre ring av stål.

I en egnet utførelsesform består også den ringformede bestanddel av stål men i en spesielt foretrukket utførelsesform består den imidlertid likeledes av partielt stabilisert zirkonoksyd.

I en foretrukket utførelsesform oppviser stemplet et skjørt av aluminium.

En del av zirkonoksyd som har vist seg som spesielt egnet for innstilling av egnede strekkspenninger har en vinkel a mellom 70 og 85° og fortrinnsvis mellom 75 og 82°.

For å motvirke termisk induserte spenninger i konstruktiv henseende tar oppfinnelsen i en ytterligere spesielt foretrukket utførelsesform sikte Då at den indre kontur av den rin<g>formede bestanddel ikke fullstendig er tilpasset zirkonoksyd bestanddelen i dennes overgangsområde fra det øvre til det nedre område. I en hensiktsmessig utførelsesform oppviser den ringformige del i dette område en avrunding eller en fas.

De vedlagte figurer skal forklare oppfinnelsen nærmere uten å begrense den. '

Man ser i:

Figur 1 et langssnitt av et utførelses eksempel av stemplet,

Figur 2 en skisse av den ringformede del i perspektiv,

Figur 3 en utførelsesform av stempelet i snitt der det i den ringformede del er anordnet en fas i den øyre del av den indre kontur slik at den kun delvis tilsvarer stumpkjegleformen.

Ved det i fig. 1 viste stempel 1 er en partielt stabilisert zirkonoksyd del angitt med 3... Det øvre område 5 av stempelhodet som begrenser det ikke-viste brennrom består over hele flaten av den av zirkonoksyd fremstilte del 3 med diameter d1. I overgangsområdet 01 går delen 3 over i en stumpkjegle med vinkel a = 80° hvorved diameteren d3 til stumpkjeglen i overgangsområdet 01 er mindre enn diameteren d2 til delen 3 som tiener til dannelse av berøringsområdet B til delen 3 ned det metalliske skjørt 7. Med 7 beteg-nes et i det øvre område 10 stumpkjegleformet tildannet alumini-umskjørt hvis flate 9 som danner berøringsområdet B med delen - 3 har den såmne diameter d2 som den undre flate 8 til delen 3. I det nedre område 11 som følger etter det øvre stumpkjegleformede område 10 er skjørtet tildannet sylindrisk hvorved diameteren d4 er mindre enn diameteren d2 i overgangsområdet 02 fra det øvre område 10 til det nedre område 11.

En ringformet og i aksial retning av kolben todelt del 13 av <p>artielt stabilisert zirkonoksyd hvis indre kontur 14 tilsvarer det stumpkjegleformede nedre område 6 av delen 3 og det stumpkjegleformede øvre område 10 av aluminiumskjørtet 7 om-klamrer disse områder av aluminiumsskjørtet og delen av zirkonoksyd. Ved hjelp av en etter oppvarming til 400°C over den ringformede bestanddel 13 og skjørtet 7 skjøvet ytre ring 15 av stål blir etter at denne er blitt kald delen 3, det metalliske skjørt 7 og den ringformede del 3 fast samnen-føyet. Den ytre ring 15 har en indre diameter som tilsvarer den ytre diameter til skjørtet 7.

En brenngrop er betgnet med 18 og er anordnet i det øvre området av 5 av stempelhodet. Den ytre ring 15 oppviser i ytterveggen 17 anordnede stempelringspor for opptak av ikke viste stempel-ringer. Den ytre ring 15 ender over stempelboltnayparet 4.

I henhold til en ikke vist utførelsesform kan den ytre ring 15 imidlertid også være tildannet slik at den omfatter hele det nedre område 11 av skjørtet.

Ved den i fig. 2 viste ringformede del 13 er den indre kontur for innklamring av det stumpkjegleformede nedre område 6 til delen 3 og det stumpkjeglef ormede øvre område 10 til aluminiumsskjørtet betegnet med 14. Langs linjen L1, L2 som fører gjennom lengdeaksen L3 til stemplet 1 er den ringformede del 13 delt i to.

Fig. 3 viser i snitt en <\> un 'delvis vist ringformet del

13 hvis øvre spisse kant i området S er avfaset. Ved denne ut-førelsesform av den rinqformede del 13 forblir det ved montasje et tomrom 12 ved den ytre kontur 2 av den likeledes kun delvis viste bestanddel 3 under overgangsområdet U1.

Claims (8)

1. Stempel med et metallisk stempelskjørt og et ved hjelp av en krympeforbindelse dermed forbundet, brennrommet avgrensede og eventuelt en brenngrop oppvisende stempelhode med en del av partiell stabilisert zirkonoksyd, karakterisert ved følgende trekk: a) det brennrom-begrensende øvre område (5) av stempelhodet over hele tverrsnittet (d1) består av delen (3) av partielt stabilisert zirkonoksyd, b) i det nedre området (6) er delen (3) stumpkjegleformet hvorved den nedre flate (8) til delen (3) som utgjør berør-ingsområdet (B) for delen (3) med det metalliske skjørt oppviser en større diameter (d2) enn diamteren (d3) til stumpkjeglen i overgangsområdet (01) i det øvre området (5) av delen (3), c) det metalliske skjørt (7) er i sitt øvre område (10) stumpkjegleformet hvorved flaten (9) som utgjør berørings-området (B) oppviser den samme diameter (d2) som den nedre flate (8) til delen (3) , idet etter det øvre stumpkjegleformede område (10) følgende nedre område (11) av skjørtet er dette tildannet sylindrisk hvorved diameteren (d4) i overgangsområdet (02) fra det øvre (10) til det nedre området (11) er mindre enn diameteren (d2) , d) det stumpkjegleformede nedre område (6) av delen (3) og det stumpkjegleformede øvre område (10) til det metalliske skjørt (7) omsluttes av en i retning av stempelets (1) lengdeakse (L) todelt ringformet del (13) med en indre kontur som tilsvarer kjeglestumpformen til det nedre området(6) til delen (3) og det øvre området (10) av stempel-sk jørtet (7), e) den ringformede del (13) holdes av en påkrympet ytre ring (15).

2. Stempel ifølge krav 1,karakterisert ved at det i den ytre vegg (17) av den ytre ring (15) er anordnet stempel ring spor (16).

3. Stempel ifølge kravene 1 og 2, karakterisert ved at den ytre ring (15) består av stål.

4. Stempel ifølge et av kravene 1-3,karakterisert ved at den ringformede bestanddel (13) består av stål.

5. Stempel ifølge et av kravene 1 - 3, karakterisert ved at den ringformede bestanddel (13) består av partielt stabilisert zirkonoksyd.

6. Stempel ifølge et av kravene 1-5,karakterisert ved at det metalliske skjørt (7) består av aluminium.

7. Stempel ifølge et av kravene 1-6, karakterisert ved at hellingsvinkelen a mellom den rette stumpkjeglemantellinje til delen (3) og berøringsplanet (B) mellom delen (3) og det metalliske skjørt (7) utgjør 70-85° og fortrinnsvis 75-82°.

8. Stempel ifølge et av kravene 1-7, karakterisert ved at den indre kontur (14) til den ringformede del (13) i området (S) oppviser en avrunding eller en fas.