DE3017787C2

DE3017787C2 - Mehrteiliger Kolben für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE3017787C2
Application number: DE3017787A
Authority: DE
Inventors: Rolf Dipl.-Ing. 5060 Bergisch Gladbach Eckert
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1980-05-09
Filing date: 1980-05-09
Publication date: 1987-01-29
Also published as: DE3017787A1

Description

Die Erfindung betrifft mehrteilige Kolben für Brennkraftmaschinen, mit einem metallischen Kolbenschaft mit Kolbenbolzenaugen und einem damit verschraubten Kolbenboden aus Keramik, mit mindestens zwei Blechscheiben, die in der Trennebene zwischen Kolbenschaft und Kolbenboden gespannt sind.
Mehrteilige Kolben mit einem derartigen Aufbau sind bereits bekannt, beispielsweise aus der DE-OS 27 57 668. Bei dieser bekannten Konstruktion fällt nachteilig ins Gewicht, daß wegen der Schwierigkeit, die Kolbenringe in Keramiknuten einzusetzen, eine besonders ungünstige Anordnung für sie gewählt wurde, beider die Kolbenringe weit nach unten in den Kolbenschaft versetzt sind. Hierbei entsteht ein großer Restraum für die obere Totpunktlage, der in bezug auf das Verdichtungsverhältnis und den Verbrennungsablauf unerwünscht ist.
Aus der US-PS 22 34 762 ist ebenfalls ein zweiteiliger Kolben bekannt. Auch hier ist der Kolbenboden auf den Schaft geschraubt. Bei der vorliegenden Ausführung ist aber der Kolbenboden aus Metall. Dadurch ergeben sich gegenüber einem Kolbenboden aus Keramik völlig andere Kühlprobleme. Deshalb lassen sich die Kolbenringe hier auch in den Kolbenboden einsetzen und selbst die zwischen Kolbenboden und Kolbenschaft befindliche Nut kann ohne Schwierigkeiten zum Einsetzen eines Kolbenrings genutzt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kolbenschaft aus Metall und einen Kolbenboden aus Keramik so miteinander zu verbinden, daß durch eine optimale Anordnung der Kolbenringe der Restraum des Brennraums in der oberen Totpunktlage verringert wird und zwischen Kolbenboden und Kolbenschaft keine für die Bauteile gefährliche Spannungen auftreten.
Die Aufgabe wird mit Hilfe der kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
In der Trennebene zwischen dem Kolbenboden aus Keramik und dem metallischen Kolbenschaft befinden sich mindestens zwei Blechscheiben, zwischen denen eine Ringnut zur Aufnahme eines Kolbenringes vorgesehen ist, die von jeweils einem Abschnitt der Blechscheiben ausgekleidet ist.
Durch die von den Blechscheiben zwischen Kolbenschaft und Kolbenboden gebildete erfindungsgemäße Ringnut wird der erste Kolbenring in die höchstmögliche Lage zum Keramikboden hin- bzw auf die untere Kante des Keramikbodens aufgeschoben.
Neben der Verkleinerung des Restraumes werden weitere Vorteile vermittelt. Die im Randbereich verformten Blechscheiben erfüllen die Funktion eines Ringträgers, ohne daß sie den Herstellungsvorgang des Kolbenbodens berühren oder mit dem Kolbenboden in Verbund gebracht werden müssen. Gegegenüber einem Ringträger sind sie durch geringes Gewicht ausgezeichnet. Durch die zusammengesetzte Bauweise können auch schweißempfindliche Kolbenringe, z. B. mit belappenden Stoß, montiert werden. Durch die doppelte Zwischenlage zwischen Keramikboden und Kolbenschaft sind ferner mehrere Gleitebenen für Mikrobewegungen gegeben, in denen Spannungen aufgrund unterschiedlicher Wärmedehnung abgebaut werden können, was für die Haltbarkeit des Keramikbodens vorteilhaft ist. Als Material für die Blechscheiben ist beispielsweise geschliffenes Stahlblech gut geeignet.
Ein weiteres Gestaltungsmerkmal dient der Verbesserung der thermodynamischen Eigenschaften der Brennkraftmaschine und der thermischen und mechanischen Verhältnisse am Kolben. In weiterer Ausgestaltung ist zumindest eine der Blechscheiben durch Stanzen oder Tiefziehen so gestaltet, daß sie als Abschirmung des Kolbenbodens im Bereich der Brennraummulde ausgebildet ist und mit der Kolbenbodenunterseite im mittleren Bereich ringförmige oder auch durch Rippen geteilte Luftspalte oder -kammern bildet, die gegen einen Kühlölraum, der sich vorzugsweise ringförmig im Bereich des Feuerstegs befindet, abgeschlossen sind. Hierdurch werden zwar gewisse thermische Spannungen erzeugt, thermodynamisch ist jedoch ein heißer Kolbenboden, insbesondere eine heiße Brennraummulde wünschenswert, wie sie sich durch die isolierende Wirkung der Luftspalte auf erhöhtem Temperaturniveau einstellen.
An einem Ausführungsbeispiel wird der erfindungsgemäße Kolben näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kolben,
Fig. 2 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Kolben.
In den Figuren ist mit 1 ein keramischer Kolbenboden und mit 2 ein metallischer Kolbenboden bezeichnet. Beide sind durch Befesigungsschrauben 3 mit drei zwischengelegten Blechscheiben 4, 5 und 6 verspannt. Die Köpfe der Schrauben 3 liegen mit kegeligem Sitz auf einer Metallringscheibe 15 an der Oberkante des Kolbenbodens 2 auf. Die Gewindegänge der Schrauben 3 sind durch radiale Bohrungen 7 vom Grund einer Ringnut 8 für eine Ankörnung oder eine Klebstoffzugabe zugänglich. Eine mittlere Ringnut 9 liegt wie diese im Kolbenschaft 2, eine obere Ringnut 10 wird durch eine Abstufung an der Unterkante des Kolbenbodens 1 und durch die Oberseite des Kolbenschafts 2 gebildet. Die Blechscheiben 4 und 5 sind an ihren Rändern so ausgebildet, daß sie eine Ausmantelung der oberen Ringnut 10 darstellen. In diese Ringnut 10 kann der erste Kolbenring, ein Kompressionsring, eingesetzt werden. Kolbenboden 1 und Kolbenschaft 2 bilden durch Ausnehmungen in den Anlageflächen einen inneren Kühlölraum 11, der über eine Zuführungsbohrung 12 mit Öl versorgt wird und mit Rücklaufkanälen 13 versehen ist. Er wird von den Schäften der Schrauben 3 durchdrungen. Im Bereich einer Brennraummulde 14 ist der Kolbenboden 1 durch eine aufgebördelte Blechscheibe 6unter Bildung eines Ringspalts 16 vom Kühlölraum 11 getrennt. Die gewölbte Oberfläche des Kolbenbodens 1 weist angesenkte Ventiltaschen 18 auf. Im Kolbenschaft 2 sind Kolbenbolzen 19 dargestellt. Die Lage der Kolbenteile zueinander ist durch ein mittiges Einpaßteil 17 fixiert, das zugleich eine weitere Luftkammer 20 zwischen Kolbenboden 1 und Kolbenschaft 2 bildet.

Claims

1. Mehrteiliger Kolben für Brennkraftmaschinen mit einem metallischen Kolbenschaft mit Kolbenbolzenaugen und einem damit verschraubten Kolbenboden aus Keramik, mit mindestens zwei Blechscheiben, die in der Trennebene zwischen Kolbenschaft und Kolbenboden angespannt sind, dadurch gekennzeichnet, daß in der Trennebene eine Ringnut zur Aufnahme eines Kolbenringes vorgesehen ist, die von jeweils einem Abschnitt der Blechscheiben ausgekleidet ist.

2. Mehrteiliger Kolben nach Anspruch 1, mit einem ringförmigen Kühlölraum zwischen Kolbenboden und Kolbenschaft nahe der Kolbenringzone und mit einer Brennraummulde im Kolbenboden, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Blechscheiben als Abschirmung des Kolbenbodens im Bereich der Brennraummulde ausgebildet ist und einen vom Kühlölraum abgeteilten, wärmeisolierenden Ringspalt bildet.