DE2537182A1 - Kolben - Google Patents
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Description
- MOTOREN- UND TURBINEN-UNION FRIEDRICHSHAFEN G GMEII Friedrichshafen Kolben Die Erfindung bezieht sich auf einen Kolben für eine Brennkraftmaschine, der aus einem Kolbenoberteil mit einer Brennraummulde und einem Kolbenunterteil zusammengesetzt ist.
- Derartige mehrteilige Kolben kommen bei Hochleistungs-Brennkraftmaschinen zur Anwendung, bei denen mit Kolben aus einem einzigen Material die auftretenden Beanspruchungen nicht mehr beherrscht werden.
- Bekannt sind mehrteilige Kolben mit einem Kolbenunterteil aus einer Aluminium-Legierung und einem Kolbenoberteil aus Stahl. Bei Kolben mit einer aus verbrennungstechnischen Gründen eingezogenen Brennraummulde im Kolbenoberteil, ist der Rand der Brennraummulde die thermisch höchstbeanspruchte Stelle des ganzen Kolbens.
- Trotz hochwertigen Materials für das Kolbenoberteil entstehen am Rand der Brennraummulde infolge hoher Temperatur an dieser Stelle Spannungsrisse, wodurch die Gebrauchsdauer des Kolbens erheblich gemindert wird.
- Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, bei einem mehrteiligen Kolben mit einer Brennraummulde im Kolbenoberteil einen thermisch besonders widerstandsfähigen Rand der Brennraummulde zu schaffen.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein den Rand der Brennraummulde bildender Ring aus hochwarmfestem Material am Umfang der Brennraummuldenöffnung durch Schweißen befestigt ist. Hierdurch ist es möglich, für den Rand der Brennraummulde einen Werkstoff zu wählen, der gegen die hohe thermische Beanspruchung an dieser Stelle des Kolbens besonders widerstandsfähig ist.
- Gemäß der Erfindung ist der Ring durch ein Schweißverfahren ohne Verwendung von Schweißzusatzwerkstoff am Kolbenoberteil befestigt.
- In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Ring durch Elektronenstrahlschweißen am Kolbenoberteil befestigt.
- In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist der Ring durch Reibschweißen am Kolbenoberteil befestigt.
- Erfindungsgemäß ist die Schweißnaht zwischen Ring und Kolbenoberteil auf einer konischen Verbindungsfläche angeordnet.
- Bei der Herstellung des Kolbenoberteils wird erfindungsgemäß ein aus dem hochwarmfesten Ringmaterial bestehen~ der Hohlzylinder, der an seinem Ende die zum Kolbenoberteil korrespondierende konische Verbindungsfläche aufweist, am Kolbenoberteil durch Reibschweißen befestigt.
- Die endgültige Formgebung des Randes der Brennraummulde erfolgt durch eine entsprechende spanende Bearbeitung.
- Als Material für den Ring wird erfindungsgemäß Beryllium-Bronze verwendet. Dieses Material besitzt auch bei hohen Temperaturen noch eine große Zähigkeit, wodurch eine geringe Spannungsrißempfindlichkeit gegeben ist.
- Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß ein höchstbelastbarer Kolben auf besonders wirtschaftliche Weise herstellbar ist, und daß ein beanspruchungsgerechter Werkstoffeinsatz erreicht wird, durch den sich eine Senkung der Materialkosten ergibt.
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
- Ein Kolben ii für eine Brennkraftmaschine besteht aus einem Kolbenoberteil 12 mit einer Brennraummulde 14 und einem Kolbenunterteil 13 mit einer Kolbenbolzenlagerung 15.
- Die Öffnung 21 der Brennraummulde 14 ist kleiner als ihr größter Durchmesser 22. Dadurch ergibt sich an der Brennraummulde 14 ein schmaler vorspringender Rand 20, der einer hohen thermischen Belastung ausgesetzt ist.
- Derartig gestaltete Brennräume bewirken durch eine gute Gemischbildung einen verringerten Kraftstoffverbrauch und eine Verringerung der Schadstoffemission.
- Um die Reißanfälligkeit des Randes 20 der Brennraummulde 14 zu beseitigen, ist ein Ring 16 aus einem hochwarmfesten Material, das eine geringe Spannungsrißanfälligkeit bei hohen Temperaturen-besitzt, an der Brennraummulde 14 angeordnet. Vorzugsweise wird Beryllium-Bronze als Material für den Ring 16 verwendet.
- Ring 16 und Kolbenoberteil 12 sind mittels Reibschweißen miteinander verbunden, wobei die Reibschweißnaht 17 auf einer konischen Verbindungsfläche angeordnet ist.
- Bei der Herstellung des Kolbenoberteiles 12 wird ein aus dem hochwarmfesten Ringmaterial bestehender Hohlzylinder 18, der an seinem Ende 19 die zum Kolbenoberteil 12 korrespondierende konische Verbindungsfläche aufweist, am Kolbenoberteil 12 durch Reibschweißen befestigt. Die endgültige Formgebung des Randes 20 der Brennraummulde 14 erfolgt durch eine entsprechende spanende Bearbeitung.
- Für den Fall, daß sich eine Werkstoffkombination von Ring 16 und Kolbenoberteil 12 nicht durch Reibschweißen verbinden läßt, wird der Ring 16 erfindungsgemäß durch Elektronenstrahlschweißen am Kolbenoberteil 12 befestigt.
Claims (7)
1. Kolben für eine Brennkraftmaschine, der aus einem Kolbenoberteil
mit einer Brennraummulde und einem Kolbenunterteil zusammengesetzt ist, dadurch
gekennzeichnet, daß ein den Rand (20) der Brennraummulde (14) bildender Ring (16)
aus hochwarmfestem Material am Umfang der Brennraummuldenöffnung (21) durch Schweißen
befestigt ist.
2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (16)
durch ein Schweißverfahren ohne Verwendung von Schweißzusatzwerkstoff am Kolbenoberteil
(12) befestigt ist.
3. Kolben nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring
(16) durch Elektronenstrahlschweissen am Kolbenoberteil (12) befestigt ist.
4. Kolben nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring
(16) durch Reibschweißen am Kolbenoberteil (12) befestigt ist.
5. Kolben nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine konische
Verbindungsfläche zwischen Ring (16) und Kolbenoberteil (12) für die Schweißnaht
(17).
6. Kolben nach den Ansprüchen 1, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet,
daß ein aus hochwarmfestem Ringmaterial bestehender
Hohlzylinder
(18), der an seinem einen Ende (19) die zum Kolbenoberteil (12) korrespondierende
konische Verbindungsfläche auSweist, am Kolbenoberteil (12) durch Reibschweißen
befestigt wird und daß die endgültige Formgebung des Randes (20) der Brennraummulde
(14) durch spanende Bearbeitung erfolgt.
7. Kolben nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Berylilum-Bronze
als Material für den Ring (16) verwendet wird.
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