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Dokumentenidentifikation DE3231998C2 07.07.1988
Titel Kolben für eine Brennkraftmaschine
Anmelder AE PLC, Rugby, Warwickshire, GB
Erfinder Jones, Kenneth John, Tamworth, Staffordshire, GB
Vertreter Grünecker, A., Dipl.-Ing.; Kinkeldey, H., Dipl.-Ing. Dr.-Ing.; Stockmair, W., Dipl.-Ing. Dr.-Ing. Ae.E. Cal Tech; Schumann, K., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat.; Jakob, P., Dipl.-Ing.; Bezold, G., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.; Meister, W., Dipl.-Ing.; Hilgers, H., Dipl.-Ing.; Meyer-Plath, H., Dipl.-Ing. Dr.-Ing., Pat.-Anwälte, 8000 München
DE-Anmeldedatum 27.08.1982
DE-Aktenzeichen 3231998
Offenlegungstag 10.03.1983
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 07.07.1988
Veröffentlichungstag im Patentblatt 07.07.1988
IPC-Hauptklasse F02F 3/00
Zusammenfassung Ein Kolben umfaßt eine Einlage, wie etwa eine Kolbenring einlage oder eine Kolbenkopfeinlage. Um zu verhindern, daß die Einlage vom Kolbenkörper in axialer Richtung abspringt, ist die Einlage derart mit einer oder mit mehreren Aussparungen ausgebildet, welche in Sperreingriff mit Vorsprüngen am Kolbenkörper stehen, daß die mechanische Sperrung bzw. der Formschluß zwischen diesen die Einlage fest am Kolbenkörper hält. Weitere, einander gegenseitig sperrende Aussparungen und Vorsprünge können vorgesehen sein, welche derart angeordnet sind, daß sie die Relativdrehung zwischen Einlage und Kolbenkörper verhindern.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kolben für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein solcher Kolben ist aus der DE-PS 10 66 048 bekannt.

Dieser Kolben weist eine ringförmige Kolbeneinlage mit einer zweiten, zum Kolbengrundkörper weisenden Mantelfläche auf, in der rillenförmige Ausnehmungen in Kolbenumfangsrichtung vorgesehen sind. Ferner ist aus der DE-PS 7 48 567 eine Kolbeneinlage bekannt, die von einem eine beträchtliche axiale Abmessung aufweisenden Ringwulst umgeben ist. Bei der vorbekannten US-PS 24 73 254 erstreckt sich die zum Kolbengrundkörper weisende Mantelfläche der Kolbeneinlage teilweise nach innen, so daß sie sich in Sperreingriff mit dem Kolbengrundkörper befindet. Bei dem aus der DE-OS 17 51 945 bekannten Leichtmetallkolben ist die ringförmige Kolbeneinlage auf den Kolbenboden aufgeschrumpft und die zum Kolbengrundkörper weisende Mantelfläche derart konisch ausgebildet, daß der Mantelflächendurchmesser im Bereich des Kolbenbodens größer ist als in dem zu den Kolbenringen weisenden Abschnitt. Der zuvor erwähnte Stand der Technik ist insofern nachteilig, als die jeweils zwischen der ringförmigen Kolbeneinlage und dem Kolbengrundkörper bestehende formschlüssige Verbindung lediglich in axialer Richtung wirkt. Damit besteht bei ungünstigen Belastungszuständen die Gefahr von Verdrehungen der Kolbeneinlage gegenüber dem Kolbengrundkörper. Ungünstig ist ferner, daß bei den bekannten Kolbenkonstruktionen lokale Überhitzungen auftreten, da die entstehende Wärme nicht in allen Fällen gleichmäßig abgeführt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kolben der oben angegebenen Art so auszugestalten, daß bei sämtlichen Belastungszuständen eine feste Verbindung zwischen Kolbeneinlage und Kolbengrundkörper sichergestellt ist, ohne daß örtliche Überhitzungen als Folge ungünstiger Wärmeleitungsbahnen auftreten können.

Diese Aufgabe wird erfindungegemäß bei einem Kolben der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch die Gitteranordnung der flachen, rillenförmigen Ausnehmungen ist eine axiale Verschiebebewegung der ringförmigen Kolbeneinlage auf dem Kolbengrundkörper ebenso wie eine Verdrehbewegung in Kolbenumfangsrichtung für alle Belastungszustände unterbunden. Dadurch ist außerdem eine günstige, d. h. gleichmäßige Kraftübertragung zwischen den beiden Kolbenteilen möglich, so daß insgesamt mit nur geringem Verschleiß und daraus resultierend mit einer langen Lebensdauer des Kolbens gerechnet werden kann. Durch die flache Ausbildung der Ausnehmungen ist ferner eine gleichmäßige Wärmeübertragung bzw. -ableitung aus den Aluminiumteilen im Bereich der Verbindungsstelle mit der Kolbeneinlage möglich, da das Aluminium nur geringfügig von dem Material der Kolbeneinlage eingeschlossen wird. Lokale Überhitzungen treten deshalb bei dieser Konstruktion nicht auf.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes gehen aus den Patentansprüchen 2 und 3 hervor.

Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch einen Teil einer ersten Ausführungsform eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht von unten auf eine Kolbeneinlage, die im Kolben der Fig. 1 eingeschlossen werden soll,

Fig. 3 einen Vertikalschnitt durch die Kolbeneinlage der Fig. 2 gemäß der Linie X-X der Fig. 4,

Fig. 4 eine Ansicht der in Fig. 2 und 3 dargestellten Kolbeneinlage in Richtung des in Fig. 3 gezeigten Pfeiles B,

Fig. 5 eine Ansicht der in Fig. 2 bis 4 dargestellten Kolbeneinlage in Richtung des in Fig. 3 gezeigten Pfeiles A,

Fig. 6A, B, C, D Vertikalschnitte von vier Ausführungsformen der in Fig. 1 bis 5 gezeigten Kolbeneinlage,

Fig. 7 einen Vertikalschnitt durch einen Kolbenboden gemäß einer zweiten Ausführungsform eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor,

Fig. 8 eine vergrößerte Teilansicht des in Fig. 7 gezeigten Kolbens, und

Fig. 9 eine Ansicht in Richtung des in Fig. 7 gezeigten Pfeiles A.

Der Kolben gemäß Fig. 1 ist aus einem Leichtmetall wie etwa Aluminium oder einer Aluminiumlegierung und ist mit einem Kolbenboden 10 und einer Kolbenwand 11 ausgebildet. Der Kolben umfaßt eine Kolbeneinlage 12, welche aus einem Material auf Eisenbasis wie etwa austenitischem Gußeisen gefertigt ist. Die Kolbeneinlage 12 umfaßt in endbearbeitetem Zustand eine Kolbenringnut 13 zur Aufnahme eines Kolbenrings (nicht gezeigt) mit L-förmigem Querschnitt, wobei das horizontale Glied sich in die Nut hinein erstreckt und das vertikale Glied sich nach oben erstreckt, um im wesentlichen auf einer Höhe mit dem Kolbenboden zu enden.

Es wird nun auf die Fig. 2 bis 5 Bezug genommen; die Kolbeneinlage 12 ist derart gegossen, daß sie einen allgemein rechteckigen Querschnitt (Fig. 3) aufweist, dessen Gesamtabmessungen größer sind als die erforderlichen Endabmessungen der Einlage (welche strichpunktiert in Fig. 3 gezeigt sind). Die Kolbeneinlage 12 weist parallele, mit Axialabstand angeordnete, obere und untere, sich radial erstreckende Mantelflächen 14 und 15 auf, sowie parallele, innere und äußere, sich axial erstreckende Mantelflächen 16, 17. Dabei ist die erste Mantelfläche 17 der Zylinderlauffläche die zweite Mantelfläche 16 dem Kolbengrundkörper, die dritte Mantelfläche 14 dem Kolbenboden und die vierte Mantelfläche 15 der Kolbenunterseite zugewandt. Wie in Fig. 3, 4 und 5 zu sehen ist, sind die untere, sich radial erstreckende Mantelfläche 15 und die innere, sich axial erstreckende Mantelfläche 16 mit einer Gitteranordnung von flachen, rillenförmigen Ausnehmungen versehen, welche durch zwei parallele, jedoch mit Abstand angeordnete Umfangsausnehmungen 18a, 18b, 19a, 19b an jeder Oberfläche gebildet sind, die eine Vielzahl von mit Winkelabstand angeordneten Ausnehmungen 20 schneiden, welche sich radial längs der vierten Mantelfläche 15 und axial längs der zweiten Mantelfläche 16 derart erstrecken, so daß jede Ausnehmung 20 in einer Ebene liegt, welche die Kolbenachse aufnimmt. Die Enden dieser mit Winkelabstand angeordneten Ausnehmungen 20 enden an der axial oberen und radial äußeren Umfangsausnehmung 18a, 19a derart, daß sie sich nicht bis zu den gegenüberliegenden Kanten dieser Flächen erstrecken.

Die Ausnehmungen 18a, 18b,19a, 19b, 20 können durch Guß oder durch spanende Bearbeitung oder durch Guß mit Endbearbeitung gebildet werden. Einige dieser Ausnehmungen können auch gegossen und andere spanend eingebracht sein. Die Ausnehmungen 18a, 18b, 19a, 19b, 20 weisen allgemein einen halbkreisförmigen Querschnitt auf und können beispielsweise dann 0,5 mm tief sein, wenn die Kolbeneinlage 12 einen Durchmesser von 120 mm aufweist.

Die Kolbeneinlage 12 wird in der Form, die in den Fig. 2 bis 5 gezeigt ist, in eine Kolbenform eingesetzt, und geschmolzenes Leichtmetall wird in die Form gegossen. Wenn das geschmolzene Material sich verfestigt, dann kann Druck auf das Metall in einer Preßgußtechnik ausgeübt werden, um die Innenporen bzw. Lunker im Gußkolben zu verringern. Das geschmolzene Material wird besonders dann, wenn es unter Druck steht, in die Aussparungen gepreßt, und die gitterförmige, gegenseitige Verbindung zwischen den Ausnehmungen gewährleistet, daß geschmolzenes Metall in alle Ausnehmungen eintritt. Wenn sich das Metall verfestigt hat, dann werden der gegossene Kolbengrundkörper und die Einlage aus der Form entnommen. Weil die Ausnehmungen 20 kurz vor der Außenoberfläche des Kolbens enden, erreicht kein geschmolzenes Metall diese Flächen über die Ausnehmungen 20.

Die Form und die Kolbeneinlage 12 sind derart ausgebildet, daß der Kolbenkörper mit einer L-förmigen Falz - bzw. einer Fuge 21 gegossen wird, welche sich rund um den Kolbenboden erstreckt. Der Falz 21 weist eine sich radial erstreckende Fläche 22 auf, welche mit der unteren Mantelfläche 15 der Einlage zusammenwirkt, sowie eine sich axial erstreckende Fläche 23, welche mit der inneren Mantelfläche 16 der Einlage zusammenwirkt (Fig. 1). Vorspringende Wülste aus Kolbenmaterial erstrecken sich in die Ausnehmungen 18a, 18b, 19a, 19b und 20, um eine mechanische, formschlüssige, sperrende Verbindung zwischen dem Kolbengrundkörper und der Kolbeneinlage 12 zu bilden. Die Vorsprünge und Aussparungen bilden somit eine formschlüssige Gitteranordnung.

Nach dem Guß werden Kolbengrundkörper und Kolbeneinlage endbearbeitet, indem man den bisher gegossenen Kolben um seine Achse in Drehung versetzt, sowie durch eine axiale Translationsbewegung eines Werkzeugs längs des Kolbens. Die Kolbeneinlage 12 wird derart spanend bearbeitet, daß man die Kolbenringnut 13 bildet, und wird an der oberen, sich radial erstreckenden Mantelfläche 14 derart spanend bearbeitet, daß diese bündig mit dem Kolbenboden 10 abschließt, so daß diese Mantelfläche 14 einen Umfangsabschnitt der Kolbenbodenfläche bildet.

Jede Tendenz der Kolbeneinlage 12, sich relativ zum Rest des Kolbens während einer derartigen, spanenden Bearbeitung zu drehen, wird durch die formschlüssige Verbindung zwischen den Ausnehmungen 20 und den hiermit zusammenwirkenden Vorsprüngen an der Oberfläche der Falz 21 verhindert. In einem Beispiel hat diese gegenseitige, formschlüssige Verbindung sich als stark genug herausgestellt, um einem Drehmoment von 20 t zu widerstehen.

Wenn der Kolben in einen Zyliner eines Verbrennungsmotors eingesetzt wird, dann wird jeder Neigung der Kolbeneinlage 12, vom Kolben in axialer Richtung abzuspringen, durch den Eingriff zwischen den rillenförmigen Ausnehmungen 19a, 19b und den hiermit zusammenwirkenden Vorsprüngen am Falz 21 entgegengewirkt. Bei einem Beispiel hat dieser Eingriff sich als stark genug herausgestellt, um einem Zug von 9 t zu widerstehen.

Der allgemein rechteckige Querschnitt der Kolbeneinlage 12 gestattet eine befriedigende Wärmeübertragung nach unten vom Kolbenboden 10 weg, und zwar ohne Ausbildung "heißer Stellen". Zusätzlich verringert die Anbringung des obersten Kolbenrings nahe dem Kolbenboden 10 die Menge des Treibstoff-Luft-Gemischs rund um die Kolbenwand, wodurch die Leistung des Motors erhöht wird. Zunahmen von bis zu 6 kW wurden erreicht.

Die Ausnehmungen 19a, 19b an der inneren axialen Mantelfläche 16 brauchen nicht durchgehend zu sein; sie können auch in Form von mit Winkelabstand angeordneten Abschnitten ausgebildet sein. Es kann nur eine derartige Ausnehmung vorgesehen sein.

Eine einzige Ausnehmung oder eine Gruppe von Ausnehmungen und mit diesen in Sperreingriff stehenden Vorsprüngen kann sowohl der Drehung als auch der Axialbewegung der Kolbeneinlage 12 widerstehen. Solche Ausnehmungen können an der inneren axialen Mantelfläche 16 vorgesehen sein und können sich parallel zueinander zwischen der unteren und oberen Kante dieser Fläche erstrecken.

Die Fig. 6A, 6B, 6C und 6D zeigen vier Querschnitte von Alternativausbildungen der Kolbeneinlage 12, wobei Teilen, die den Fig. 1 bis 5 sowie den Fig. 6A, 6B, 6C und 6D gemeinsam sind, dieselben Bezugszeichen gegeben sind; diese Teile sind nicht im einzelnen beschrieben.

In Fig. 6A weist die Kolbeneinlage 12a einen allgemein trapezförmigen Querschnitt auf, wobei die untere Mantelfläche 15 eine größere Abmessung in radialer Richtung aufweist als die obere Mantelfläche 14. Die Kolbeneinlage 12a weist Ausnehmungen 18a, 18b, 19a, 19b und 20 in derselben Anordnung wie die entsprechenden Teile beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 5 auf. Der trapezförmige Querschnitt der Einlage stellt sicher, daß, wenn sie in einen Kolben eingegossen wird, die Form der Einlage sicherstellt, daß sie sich nicht axial bezüglich dem Rest des Kolbens bewegt.

In Fig. 6B weist die Kolbeneinlage 12b einen ähnlichen trapezförmigen Querschnitt auf wie die Kolbeneinlage 12a der Fig. 6a. Die untere Mantelfläche 15 ist frei von Ausnehmungen, aber Ausnehmungen 19a, 19b und 20 sind an der inneren Mantelfläche 16 vorgesehen, doch in diesem Fall sind lediglich vier sich der Drehung widersetzende Ausnehmungen 20 vorgesehen, welche mit gleichem Winkelabstand rund um die Kolbeneinlage 12b vorgesehen sind.

In Fig. 6C weist die Kolbeneinlage 12c allgemein dieselbe Ausbildung auf, wie die Kolbeneinlage 12b der Fig. 6B. In dieser Kolbeneinlage 12c sind allerdings die rillenförmigen Ausnehmungen 19a, 19b, 19c, 19d durch vier mit Abstand angeordnete Gänge eines wendelförmigen Gewindes ausgebildet.

In Fig. 6D weist die Kolbeneinlage 12d allgemein dieselbe Ausbildung auf wie die Kolbeneinlage 12b und 12c der Fig. 6B und 6C. Die rillenförmigen Ausnehmungen 19a, 19b, 19c sind allerdings mit steileren Seiten 19e, 19f, 19g zu den Oberseiten ihrer oberen Enden hin versehen, so daß diese Seiten 19e, 19f in jeweiligen Ebenen liegen, die allgemein senkrecht zur Achse der Kolbeneinlage 12d stehen. Diese Seiten 19f, 19g liefern eine noch wirksamere, gegenseitige Sperrwirkung mit dem Vorsprung am gegossenen Kolben, so daß der relativen Axialbewegung zwischen der Kolbeneinlage 12d und dem Rest des Kolbens ein noch besserer Widerstand entgegengebracht wird.

Es wird als nächstes auf die Fig. 7 bis 9 Bezug genommen; der Kolben 210 ist aus einem Leichtmetall wie etwa Aluminium oder Aluminiumlegierung gegossen und ist mit einem Kolbenboden 211 und einer Kolbenwand ausgebildet, von welcher ein Teil an der Stelle 212 gezeigt ist. Der Kolbenboden 211 ist mit einer Verbrennungsmulde 213 ausgebildet, deren Durchmesser vom Einlaß 214 her bis zu einem Maximum zunimmt, bevor er bis zum Boden der Mulde 213 abnimmt.

Eine Kolbeneinlage 215 aus Material auf Eisenbasis wie etwa austenitischem Gußeisen ist rund um den Einlaß zur Mulde 213 vorgesehen. Die Kolbeneinlage 215 ist allgemein ringförmig in der Form und ist mit axial oberen und unteren Mantelflächen 216, 217 sowie radial inneren und äußeren Mantelflächen 218 und 219 versehen. Die obere Mantelfläche 216 geht bündig in eine Endfläche 220 des Kolbenbodens 211 über, und die innere Mantelfläche 218 bildet einen Teil der Oberfläche der Verbrennungsmulde 213. Zusätzlich bilden die obere Mantelfläche 216 und die innere Mantelfläche 218 zwischeneinander eine Kante 221, welche sich rund um den Einlaß der Verbrennungsmulde 213 erstreckt.

Die Kolbeneinlage 215 ist aus Material auf Eisengrundlage so gegossen, daß sie einen Querschnitt aufweist, dessen Gesamtabmessungen größer sind als die geforderten Endabmessungen der Einlage. Wie aus den Fig. 8 und 9 zu sehen ist, ist die untere Mantelfläche 217 und die Mantelfläche 219 mit einem Netz von Ausnehmungen versehen, die durch eine Umfangsausnehmung 222 an der unteren Mantelfläche 217 und zwei parallele, jedoch mit Abstand angeordnete Umfangsausnehmungen 223a, 223b an der Mantelfläche 219 gebildet sind. Diese Flächen schneiden einander mit mehreren, mit Winkelabstand angeordneten Ausnehmungen 224, welche sich radial längs der unteren Mantelfläche 217 erstrecken, sowie axial längs der äußeren Mantelfläche 219, und zwar derart, daß jede Ausnehmung in einer Ebene liegt, die die Kolbenachse umfaßt. Die Enden dieser mit Winkelabstand angeordneten Ausnehmungen 224 enden an der axial oberen und der radial inneren Umfangsausnehmung 223a, 222, so daß sie sich nicht bis zu den Kanten dieser Flächen erstrecken.

Die Ausnehmungen 222, 223a, 223b, 224 können durch Guß, durch spanende Bearbeitung oder durch Guß mit spanender Nachbearbeitung gebildet werden. Einige der Ausnehmungen können auch gegossen und andere spanend bearbeitet sein. Die Ausnehmungen weisen einen allgemein halbkreisförmigen Querschnitt auf und können beispielsweise 0,5 mm tief sein.

Die Kolbeneinlage 215 wird in der in Fig. 8 und 9 gezeigten Form in eine Kolbenform eingelegt, und geschmolzenes Leichtmetall wird in die Form eingegossen. Wenn das geschmolzene Metall sich verfestigt, dann kann Druck auf das Metall bei einer Preßgußtechnik ausgeübt werden, um Poren bzw. Innenlunker im gegossenen Kolben zu verringern. Das geschmolzene Metall wird besonders dann, wenn es unter Druck steht, in die Ausnehmungen gepreßt, und die gitterartige gegenseitige Verbindung zwischen den Ausnehmungen gewährleistet, daß das geschmolzene Metall in alle Ausnehmungen eintritt. Wenn sich das Metall verfestigt hat, dann werden der gegossene Kolbengrundkörper und die Einlage aus der Form entfernt. Weil die mit Winkelabstand angeordneten Ausnehmungen 224 kurz vor der Außenfläche des Kolbens enden, erreicht kein geschmolzenes Metall diese Flächen über die Ausnehmungen 224.

Die Form und die Kolbeneinlage 215 sind derart angeordnet, daß der Kolbenkörper mit einer Kolbenmulde 213 und einer L-förmigen Falz bzw. Fuge 225 gegossen wird, die sich rund um den Eintritt in die Verbrennungsmulde 213 erstreckt. Die Falz 225 hat eine sich radial erstreckende Fläche 226, welche mit der unteren Mantelfläche 217 zusammenwirkt, sowie eine sich axial erstreckende Fläche 227, welche mit der inneren Mantelfläche 219 zusammenwirkt (Fig. 7 und 8). Vorspringende Wülste aus Kolbenmetall erstrecken sich in die Ausnehmungen 222, 223a, 223b, 224 hinein, um eine mechanische, formschlüssige, sperrende Verbindung zwischen dem Kolbengrundkörper und der Einlage zu liefern. Die Vorsprünge dieser Ausnehmungen bilden somit eine formschlüssige Gitteranordnung.

Nach dem Guß werden Kolben und Einlage spanend dadurch endbearbeitet, daß man den bisher gegossenen Kolben um seine Achse dreht und längs der Innenseite der Mulde 213 ein Werkzeug in axialer Richtung und quer zur Endfläche 220 des Kolbenbodens 211 das Werkzeug radial bewegt. Jede Neigung der Kolbeneinlage 215, sich relativ zum Rest des Kolbens während einer derartigen Bearbeitung zu drehen, wird durch den gegenseitigen sperrenden Eingriff zwischen den Ausnehmungen 224 und den damit zusammenwirkenden Vorsprüngen an der Oberfläche der Falz 225 verhindert.

Wenn der Kolben in einen Zylinder eines Verbrennungsmotors eingesetzt wird, dann wird jeder Neigung der Kolbeneinlage 215, vom Kolben in einer axialen Richtung abzuspringen, durch den Eingriff zwischen den ringförmigen Ausnehmungen 223a, 223b und den damit zusammenwirkenden Vorsprüngen des Falzes 225 entgegengewirkt. Jeder Neigung der Einlage, sich radial oder axial zu bewegen, wird auch durch eine metallurgische Verbindung Widerstand entgegengesetzt, und zwar an der Übergangsfläche von Kolben und Einlage. Da die Kante 221 rund um den Eintritt in die Verbrennungsmulde 213 aus dem Material der Einlage gebildet ist, weist es eine verringerte Neigung zur Rissebildung auf, verglichen mit solchen Kanten, die aus dem Kolbenmaterial hergestellt sind. Ferner ermöglicht der allgemein rechteckige Querschnitt der Einlage die zufriedenstellende Wärmeübertragung nach unten vom Kolbenkopf weg, und zwar ohne Ausbildung heißer Stellen.

Die nachfolgenden Alternativmerkmale beziehen sich auf beide Ausführungsbeispiele des oben beschriebenen Kolbens, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.

Bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 bis 6A und 7 bis 9 kann die Umfangsnut oder die Umfangsnuten 18a18b, 222 an der unteren Mantelfläche 15, 217 der Kolbeneinlage 12, 215 entfallen.

Bei jedem Ausführungsbeispiel brauchen die Ausnehmungen nicht durchgehend zu sein, sondern sie könnten auch in mit Abstand angeordneten Sektionen angeordnet sein. Zusätzlich kann bereits eine einzige Ausnehmung oder eine einzige Gruppe von Ausnehmungen und hiermit in gegenseitigem Eingriff stehende Vorsprünge sowohl der Drehung als auch der axialen Bewegung der Kolbeneinlagen 12 und 215 widerstehen.

Wenn die Einlage aus einem anderen Material als austenitischem Gußeisen hergestellt ist, dann sollte das gewählte Material einen Ausdehnungskoeffizienten bei der Betriebstemperatur des Kolbens aufweisen, der mit jenem des Materials des Kolbens selbst vergleichbar ist.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen liegt eine metallurgische Verbindung vor, die zwischen den zusammenwirkenden Flächen von Kolben und Einlage erzeugt wurde, sowie auch die gegenseitige, formschlüssige Verbindung zwischen den Ausnehmungen und Vorsprüngen. In Fällen, in welchen es erwünscht ist, die Wärmeübertragung von der Einlage auf den Kolbengrundkörper auf ein Mindestmaß zu verringern, kann die metallurgische Verbindung weggelassen werden, wobei die Einlage am Kolbengrundkörper lediglich durch die formschlüssig ineinander eingreifenden Ausnehmungen und Vorsprünge gesichert wird.


Anspruch[de]
  1. 1. Kolben für eine Brennkraftmaschine, welcher aus einem Kolbengrundkörper aus Leichtmetall und einer ringförmigen Kolbeneinlage aus einer Eisenlegierung besteht und durch Gießen zusammengefügt ist, wobei die Kolbeneinlage einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt mit vier Mantelflächen besitzt, deren erste Mantelfläche der Zylinderlauffläche zugewandt ist, deren zweite Mantelfläche der ersten Mantelfläche gegenüberliegt und in einer formschlüssigen Verbindung mit dem Kolbengrundkörper steht, und wobei eine dritte Mantelfläche zusammen mit einer entsprechenden Oberfläche des Kolbengrundkörpers den Kolbenboden bildet, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Mantelfläche (16; 219) der Kolbeneinlage (12; 215) eine Vielzahl von flachen, rillenförmigen Ausnehmungen vorhanden ist, deren einer Teil (19a, 19b; 223a, 223b) im wesentlichen in Kolbenumfangsrichtung, deren anderer Teil (20; 224) in Richtung der Kolbenachse verlaufen, und sich dabei unter Ausbildung einer Gitteranordnung schneiden, um Axial- und Rotationsbewegungen der Kolbeneinlage relativ zum Kolbengrundkörper zu verhindern.
  2. 2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen zusätzlich in der vierten Mantelfläche (15; 217) verlaufen.
  3. 3. Kolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen einen im wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt und eine Tiefe von 0,5 mm aufweisen.






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