DD299329A5 - Waermeisolierender kolben fuer brennkraftmaschinen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen waermeisolierenden Kolben fuer Brennkraftmaschinen, der aus einem Kolbenunterteil besteht, auf dem ein Kolbenoberteil aus einem thermisch isolierenden, hochtemperaturbestaendigen Werkstoff, beispielsweise aus Keramik, stoffschluessig, z. B. durch Kleben oder Loeten, befestigt ist. Zur Erhoehung der Lebensdauer des stoffschluessig gefuegten Kolbens durch eine verringerte Beanspruchung der Fuegeschicht besitzt das Kolbenunterteil an seiner der Fuegeschicht zugewandten Stirnflaeche koaxial zueinander verlaufende ringfoermige Nuten. Dadurch wird eine radiale Elastizitaet des Kolbenunterteils erreicht. Die Fuegeschicht ist im Auszenbereich der Fuegestelle von einer hochtemperaturbestaendigen elastischen Schicht umgeben, wodurch die hohen thermisch bedingten axialen Spannungen im Rand der Fuegestelle abgebaut werden. Figur{Kolben, waermeisolierend; Brennkraftmaschine; Keramik; Keramik, stoffschluessig gefuegt; Fuegeschicht; Nuten, ringfoermig; Schicht, elastisch}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen wärmeisolierenden Kolben für Brennkraftmaschinen, der aus einem Kolbenunterteil besteht, auf dem ein Kolbenoberteil aus einem thermisch isolierenden, hochtemperaturbeständigen Werkstoff, beispielsweise aus Keramik, stoffschlüssig z.B. durch Kleben oder Löten, befestigt ist.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Eine moderne Fügetechnologie zur Herstellung von wärmeisolierenden Kolben besteht darin, das keramische Kolbenoberteil auf das metallische Kolbenunterteil aufzukleben. Das erfordert einen wesentlich geringeren Aufwand als das mechanische Verspannen bzw. Verschrauben beider Kolbenteile, das außerdem zu Spannungskonzentrationen in der Nähe der Schraubenkopf auf lage sowie hohen Schraubenkopftemperaturen führt. Ebenso wird durch das Verkleben eine Nachbearbeitung der keramischen Fügeflächen, die sich in vielen Fällen außerdem als schwierig erweist, vermieden. So ist in der DE-OS 3 240 224 ein Kolben für Brennkraftmaschinen dargestellt, der aus einem Kolbengrundkörper mit einer aufgeklebten Bodenplatte aus keramischem Material besteht. Zwischen der Bodenplatte und dem Kolbengrundkörper befindet sich eine Ausgleichsschicht aus einem elastischen Material, das die thermisch bzw. mechanisch bedingten, örtlich überhöhten Pressungen in den Grenzschichten der beiden teile reduziert. In der Klebverbindung stellen sich infolge der hohen thermischen und mechanischen Belastungen sehr hohe Spannungen ein, die die Festigkeitswerte des Bindemittels übersteigen können. Dadurch ist die Lebensdauer geklebter Kolben begrenzt.

Ziel der Erfindung Ziel der Erfindung ist es, die Lebensdauer der stoffschlüssig gefügten Kolben zu erhöhen. Darlegung des Wesens der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den wärineisolierenden Kolben derart zu verändern, daß die Beanspruchung der Fügeschicht verringert wird. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Kolbenunteneil an seiner der FUgeschicht zugewandten Stirnfläche

koaxial zueinander verlaufende ringförmige Nuten aufweist. Ferner ist die Fügeschicht im Außenbereich der Fügestelle von einer hechtemperaturbeständigen elastischen Schicht gasdicht umgeben.

Die Nuten sind vorteilhafterweise im Durchmesierbereich von 0,4 bis 0,8 des Kolbendurchmessers angeordnet. In diesem

äußeren Bereich des Kolbens ist mit den höchsten thermischen Spannungen zu rechnen. Entsprechend der Bauform des

Kolbens kann die Tiefe der Nuten mit größer werdendem Durchmesser zunehmen, was die Elastizität des Kolbenunterteils in

radialer Richtung erhöht. Die hohen thermisch bedingten axialen Spannungen im Randbereich der Fügestelle werden durch die ringförmige elastische Schicht, die die Klebeschicht umgibt, abgebaut. Die elastische Schicht hat ferner die Aufgabe, die

Fügeschicht vor Verbrennungsgasen zu schützen. Durch den Abbau der Spannungsspitzen in den Randbereichen der Fügestelle verringert sich die Belastung der stoffschlüssigen Verbindung wesentlich, so daß sich die Lebensdauer des Kolbens erhöht. Damit dürfte die erfindungsgemäße Lösung zur Ablösung der bisher vorwiegend bei der Herstellung wärmeisolierender Kolben angewendeten formschlüssigen Verbindungen

durch die vorteilhaftere stoffschlüssige Fügetechnologie beitragen.

Ausführungsbeispiel

Nachfolgend soll die Erfindung an einem Beispiel näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Kolben quer zum Bolzen des Kolbens.

Der Kolben besteht aus einem Kolbenoberteil 1 aus Keramik und einem Kolbenuntertoil 2 aus einer Aluminiumlegierung. Kolbenoberteil 1 und Kolbenunterteil 2 sind mittels einer Fügeschicht 3 stoffschlüssig gefügt. Das Kolbenoberteil 1 besitzt brennraumseitig die übliche Vertiefung und Kontur. Seine dem Brennraum abgewandte Seite ist eben. Das Kolbenunterteil 2 verfügt zur Verhinderung von extremen Spannungswerten in der Fügeschicht 3 über ringförmige Nuten 4, öle zentrisch zur Kolbenlängsachse an der dem Kolbenobnrteil 1 zugewandten, ebenfalls ebenen Fläche angeordnet sind. Die Tiefe der Nuten 4 ist mit zunehmendem Durchmesser größer ausgeführt. Außerhalb der Fügeschicht 3 schließt sich eine elastische Isolierschicht 5 an, die bis zum Außendurchmesser des Kolbens reicht und der Senkung extremer axialer Spannungswerte in der Fügeschicht dient.

Claims (3)

1. Wärmeisolierender Kolben für Brennkraftmaschinen, der aus einem Kolbenunterteil und einem mit diesem stoffschlüssig gefügten Kolbenoberteil aus einem thermisch isolierenden, hochtemperaturbeständigen Werkstoff, beispielsweise aus Keramik, besteht, gekennzeichnet dadurch, daß das Kolbenunterteil (2) an seiner der Fügeschicht (3) zugewandten Stirnfläche koaxial zueinander verlaufende ringförmige Nuten (4) aufweist und daß die Fügeschicht (3) im Randbereich der Fügestelle von einer hochtemperaturbeständigen elastischen Schicht (5) gasdicht umgeben ist, die annähernd bzw. zum Außendurchmesser des Kolbens reicht.

2. Wärmeisolierender Kolben nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß sich die Nuten (4) im Durchmesserbereich von 0,4 bis 0,8 des Kolbendurchmessers befinden.

3. Wärmeisolierender Kolben nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Tiefe der Nuten (4) mit wachsendem Kolbendurchmesser zunimmt.