DE3036904A1 - Kolben fuer verbrennungskraftmaschinen - Google Patents

Kolben fuer verbrennungskraftmaschinen

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DE3036904A1
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Alcan Aluminiumwerk Nuernberg GmbH
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Alcan Aluminiumwerk Nuernberg GmbH
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Description

ο η q c q η /
HOFFMANN · EITLE & PARTNER ° U ° D Ό U H
PATENTANWÄLTE DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) . DIPL.-ING. W.EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN . DIPL.-ING. W. LEHN
DIPL.-ING. K. FDCHSlE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELIASTRASSE 4 (STERN HAUS) . D-8000 MO NCH EN 81 · TELEFON (089) 911087 ■ TELEX 05-29619 (PATHE)
Kolben für Verbrennungskraftmaschinen
ss fe Die Erfindung betrifft einen Kolben für Verbrennungskraftmahlt? schinen mit eine^? an seiner oberen Stirnfläche gebildeten
Brennraum.
Die an den Rändern von Brennraummulden auftretenden mechanischen und thermischen Spannungen verursachen an bisher bekannten Kolben aufgrund der am Kolbenboden auftretenden hohen Temperaturen Werkstoffermüdungen und in der Folge Risse im Werkstoff. Die thermischen Spannungen werden vom Verbrennungsverfahren, der Anordnung der Aus- und Einlaßventile bzw. von der Anordnung der Einspritzdüsen im Zylinderkopf der Maschine beeinflußt und sind vom Motortyp abhängig. Dagegen sind die mechanischen Spannungen am Brennraummuldenrand in ihrer Verteilung und Art (Zug- oder Druckspannung) unabhängig von der Muldenform oder vom Motortyp immer vergleichbar. Kostruktionsbedingt entstehen in den Zonen oberhalb der Kolbenbolzenbohrung am Muldenrand stets durch den Zünddruck hervorgerufene Zugspannungen senkrecht zur Bolzenachse. In den Zonen des Muldenrandes im Bereich (oberhalb) der Pleuelschwingebene entstehen jedoch senkrecht zu dieser gerichtete Druckspannungen. Diese bei jedem Zündvorgang auftretenden mechanischen Spannungen verursachen zusammen mit den vorgenannten thermischen Spannungen am Muldenrand im Bereich oberhalb der Kolben-
bolzenbohrung die vorerwähnte Werkstoffermüdung, welche die Ursache für bisher entstehende Risse ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die erwähnten mechanischen Spannungen an und außerhalb des Muldenrandes des Kolbens durch eine entsprechende Formgebung soweit herabzusetzen, daß das Entstehen von Rissen verhindert bzw. weitestgehend ausgeschaltet wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebene Ausbildung des Randes der Brennraummulde gelöst. Dabei sind unter dem Umfassungsrand der Brennraummulde die Randkante und der daran anschließende oberste Bereich der MuI-denseitenwand zu verstehen.
Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Umfangsrand der Brennraummulde ovale oder elliptische Form mit einem Achsenverhältnis zwischen 1 : 1,1 und 1 : 1,3 hat, wobei die kürzere Achse des Ovals oder der Ellipse sich parallel zur Achse der Kolbenbolzenbohrung erstreckt. Dabei liegt zweckmäßig der Achsenschnittpunkt des Ovals bzw. der Ellipse auf oder etwa auf der Kolbenachse. .
In der Zeichnung ist ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kolbens dargestellt, welches im Folgenden näher beschrieben wird:
Fig. 1 zeigt einen Axialschnitt durch diese Ausführungsform;
Fig. 2 ist eine Draufsicht auf die.obere Stirnseite dieser Ausführungsform.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Kolben 1 mit Bohrung 2 für den Kolbenbolzen eine an der oberen Stirnfläche des Kolbens zentrisch angeordnete etwa zylindrische Brennraummulde 3. Die sich im oberen Bereich der Brennraummulde parallel zur Kolbenachse erstreckende Seitenwandung 5 der Brennraummulde geht in einer Wölbung in den ebenen Muldenboden 6 über.
Aus Fig. 2 ergibt sich, daß die Brennraummulde 3 im Bereich der sich parallel zur Kolbenachse 9 erstreckenden Muldenwandung ovalen oder elliptischen Querschnitt hat, so daß auch der Rand der Brennraummulde einen derartigen Querschnitt besitzt. Die Abmessungen dieses Ovals bzw. dieser Ellipse sind so gewählt, daß die kürzere Achse X sich parallel zur Achse der Kolbenbolzenbohrung 2 erstreckt. Das Verhältnis der Längen der Achsen X und Y des Ovals bzw. der Ellipse sollte 1 : 1,1 bis 1 : 1,3 betragen.
Es ist grundsätzlich auch eine von einem Oval oder einer Ellipse abweichende Form des Randes 7 der Brennraummulde 3 möglich, wenn gewährleistet ist, daß der Umfassungsrand der Brennraummulde im Bereich oberhalb der Kolbenbolzehbohrung 2 grösseren Abstand von dem äußeren Umfässungsrand 8 des Kolbens, d. h. bei in der Regel im Querschnitt kreisrunden Kolben kleineren Abstand von der Kolbenachse 9 hat als in einem um etwa 90° um die Kolbenachse 9 versetzten Bereich, so daß die Materialstärke des Kolbens zwischen Brennraummulde und Außenwand des Kolbens oberhalb der Kolbenbolzenbohrung größer ist als in einem Bereich seitlich davon.
Leerseite

Claims (6)

  1. HOFFMANN · EITLE & PARTNER
    PATENTANWÄLTE
    DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) . DIPL.-ING. W.EITLE . DR. RER. NAT. K. HOFFMANN · DIPL.-ING. W. LEHN
    DIPL.-ING. K. FOCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 (STERNHAUS) ■ D-8000 MDNCHEN 81 · TELEFON (089) 911087 . TELEX 05-29619 (PATHE)
    Alcan
    Aluminiumwerk Nürnberg GmbH
    Kolben für Verbrennungskraftmaschinen
    PATENTANSPRÜCHE
    Kolben für Verbrennungskraftmaschinen mit einer an seiner oberen Stirnfläche gebildeten Brennraummulde, dadurch gekennzeichnet , daß der an der Stirnfläche (4) liegende Umfassungsrand (7) der Brennraummulde (3) in senkrecht zur Kolbenachse (9) liegender Ebene so geformt ist, daß er im Bereich etwa über der Achse der Kolbenbolzenbohrung (2) auf beiden Seiten der Mulde größeren Abstand von dem äußeren Umfangsrand (8) der Kolbenstirnfläche besitzt als in den beiden Bereichen senkrecht dazu, d.h. einer sich senkrecht zur Bolzenachse etwa durch die Kolbenachse (9) hindurch erstreckenden Ebene.
    ORIGINAL INSPEfJTED
    — ο _
  2. 2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der senkrecht zur Kolbenachse (9) gekrümmte Umfassungsrand (7) der Brennraummulde (3) im Bereich etwa über der Kolbenbolzenbohrung geringere Krümmung also größeren Krümmungsradius hat als in Bereichen, die nicht über der Kolbenbolzenbohrung liegen.
  3. 3. Kolben nach Anspruch 1/ dadurch gekennzeichnet, daß der Umfassungsrand (7) der Brennraummulde im wesentlichen ovale bzw. elliptische Form mit einem Achsenverhältnis zwischen 1 : 1,1 und 1 : 1,3 hat, wobei die kürzere Oval- bzw. Ellipsenabmessung sich parallel zur Achse der Kolbenbolzenbohrung (2) erstreckt.
  4. 4. Kolben nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Achsenverhältnis zwischen 1 : 1,1 und 1 : 1,2 beträgt.
  5. 5. Kolben nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Achsenverhältnis zwischen 1 : 1,2 und 1 : 1,3 liegt.
  6. 6. Kolben nach Anspruch 3, dadurch gekennz eichnet, daß der Mittelpunkt des ovalen bzw. elliptischen Umfassungsrandes (7) auf oder etwa auf der Kolbenachse (9) sitzt.
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GB2084696A (en) 1982-04-15
FR2491148A1 (fr) 1982-04-02
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