DE4131275C2 - Gebauter flüssigkeitsgekühlter Kolben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen gebauten flüssigkeitsge­ kühlten Kolben nach dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1.

Ein solcher Kolben ist aus DE 32 49 290 T1 bekannt. Dieser ist im Bereich der Zentralverschraubung so ausgebildet, daß Festigkeitsprobleme zu erwarten sind.

Bekannt ist außerdem aus der DE 37 19 469 A1 ein gat­ tungsgemäßer Kolben mit einem Federpaket, gegen das sich der Schraubenkopf der Zentralverschraubung ab­ stützt. Bekannt ist weiterhin aus der DE 29 14 456 A1 ein - nicht flüssigkeitsgekühlter - gebauter Kolben mit Zentralverschraubung, der ebenfalls im Bereich der Anlage des Schraubenkopfes eine festigkeitsmäßig ungünstige Ausbildung aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei gattungsgemäßen Kolben die Dauerfestigkeit der Zentralverschraubung zu verbessern.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Ausbildung der Zentralverschraubung nach den kennzeichnenden Merkma­ len des Patentanspruchs 1.

Dabei ist unter dem Kol­ benkopfschwerkreis der gedachte Kreisdurchmesser zu verstehen, der die in die Ebene projizierte Fläche des Kolbenbodens so in eine innere Kreisfläche und eine äußere Kreisringfläche unterteilt, daß beide Flächen gleich groß sind. Das Durchmesserverhältnis von Kreisring zu Kreis liegt dann bei 1,414.

Zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der Un­ teransprüche.

Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß die Dehnschraube sich innerhalb des Schaftes an einem Schaftbereich abstützt, der nicht an der Gaskraftübertragung vom Kolbenkopf zu den Naben des Schaftes beteiligt ist. Dadurch ist die Dehnschraube einer geringen Wechsellast im Motorbe­ trieb unterworfen. Dies bedeutet wiederum, daß auf eine Federvorspannung, wie in der Ausführung nach der DE 37 19 469 A1 über Tellerfedern, verzichtet werden kann. Dies ist für die Dauerfestigkeit der Schraub­ verbindung insofern von Bedeutung Hals Tellerfedern unter der im Motorbetrieb herrschenden Temperatur ih­ re Spannkraft allmählich abbauen.

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung, die ei­ nen gebauten Kolben im Längsschnitt zeigt, darge­ stellt.

Der gebaute Kolben besteht aus einem mit Ringnuten versehenen Kolbenkopf 1 aus einem festigkeitsmäßig hoch belastbaren Material, wie beispielsweise Stahl, und aus einem Kolbenschaft 2 aus beispielsweise Sphä­ roguß. Die Verbindung von Kolbenkopf 1 und Kolben­ schaft 2 erfolgt mittels einer zentral angeordneten Dehnschraube 3, die an ihrem einen Ende mit einem Ge­ winde versehen ist, das in dem Kolbenkopf 1 ein­ greift. An ihrem anderen Ende ist die Dehnschraube 3 mit einem Schraubenkopf versehen, über den sie sich an dem Kolbenschaft über eine zwischengeschaltete Hülse 4 abstützt.

Die auf dem Kolbenkopf 1 einwirkenden Zündkräfte überträgt der Kolbenkopf 1 über einen radial inneren und einen radial äußeren Ringbereich 5 bzw. 6 auf den Kolbenschaft. Der innere Ringbereich 5 ist die dem Kolbenkopf zugewandte Auflagefläche eines hohlkegel­ förmigen Stützringes 7, der sich in Richtung des Schaftendes hin durchmessermäßig erweitert. Durch den Stützring 7 gelangen die von diesem übertragenen Gaskräfte direkt auf die Naben des Schaftes 2.

Im Bereich der Ringfläche 5 ist ein Kragen 8 nach ra­ dial innen an den Stützring 7 angeformt. Dieser Stützring 8 bildet radial innen das Auflager für die Hülse 4, die von der Dehnschraube 3 verspannt wird. Der Kragen 8 besitzt eine Hohlkegelform mit sich zum Kopf der Dehnschraube 3 hin verkleinerndem Durchmes­ ser. Der Kragen 8 liegt außerhalb des die Gaskräfte innerhalb des Stützringes 7 bewirkenden Kraftflusses.

Das Kühlöl wird von den Nabenbohrungen aus in den äu­ ßeren Kühlringkanal 10 eingeführt, von dem es durch Überlauföffnungen 11 in den zentralen Kühlraum 12 ge­ langt, den es über radiale Abflußbohrungen 13 inner­ halb der Hülse 4 verlassen kann.

Claims (5)

1. Gebauter flüssigkeitsgekühlter Kolben für Verbrennungs­ motoren, bestehend aus einem die Kolbenringe aufnehmen­ den Kolbenkopf und einem Kolbenschaft, die durch eine Zentralverschraubung miteinander verbunden sind, bei dem der Kopf und der Schaft auf einem inneren radial innerhalb und einem äußeren radial außerhalb des Kol­ benkopfschwerkreises liegenden Ringbereich aufeinander­ liegen, bei dem ferner in dem Bereich radial zwischen diesen ringförmigen Auflagen ein an beide Teile angren­ zender Kühlölringkanal vorgesehen ist, der durch den Abstützungsbereich hindurch mit einem zentralen sich zwischen Kopf und Schaft erstreckenden Kühlraum verbun­ den ist, wobei der zentrale Kühlraum einen zum Kurbel­ raum führenden Abfluß besitzt und bei dem die Zentral­ verschraubung aus einer Dehnschraube besteht, die auf den Kolbenkopf im Motorbetrieb wirkende Massenkräfte aufnimmt und die mit ihrem einen ein Gewinde aufweisen­ den Ende in den Kolbenkopf eingreift, während sie sich mit dem sich an ihrem zweiten Ende befindlichen Schrau­ benkopf an dem Schaft abstützt, gekennzeichnet durch die Merkmale

• a) die über die innere Abstützungsringfläche (5) von dem Kopf (1) in den Schaft (2) eingeleite­ ten Gaskräfte werden innerhalb des Schaftes (2) über einen hohlkegelförmigen sich zum un­ teren Schaftende hin erweiternden Stützring (7) auf die Naben des Schaftes (2) übertragen,
• b) radial innerhalb des Hohlkegel-Stützringes (7) ist ein von der Gaskraftaufnahme abgekoppelter Kragen (8) zur Abstützung der Dehnschraube (3) angeformt,
• c) der Kragen (8) besitzt eine Hohlkegelform mit sich zum Kopf der Dehnschraube (3) hin ver­ kleinerndem Durchmesser.

2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kopf der Dehnschraube (3) und dem Kra­ gen (8) eine Hülse (4) eingesetzt ist.

3. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (4) mit mindestens einer den Abfluß aus dem inneren Kühlraum (12) bildenden radialen Bohrung (13) versehen ist.

4. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich der innere Abstütz-Ringbereich (5) zwischen etwa 0,1 und 0,7 des Durchmessers des Kolbenkopfes (1) erstreckt.

5. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen dem Kopf und dem Gewinde der Dehn­ schraube (3) befindliche Dehnlänge der Dehnschraube (3) zwischen etwa 10 und 30% des Kolbenkopfdurchmessers beträgt.