DE2262619A1

DE2262619A1 - Mehreckiger kolben fuer kreiskolbenbrennkraftmaschinen und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2262619A1
Application number: DE2262619A
Authority: DE
Inventors: Werner Wieland
Original assignee: Audi NSU Auto Union AG; Wankel GmbH; Audi AG
Current assignee: Wankel GmbH; Audi AG
Priority date: 1972-12-21
Filing date: 1972-12-21
Publication date: 1974-06-27
Also published as: CA986419A; DE2262619B2; US3877849A; DE2262619C3

Description

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.AUDI NSU AUTO UNION AKTIENGESELLSCHAFT, Neckarsulrr./Württ. und WANKEL GMBH, Lindau/Bodensee

Mehreckiger·Kolben für Kreiskolben-Brennkraftinaschinen und Verfahren zu seiner Herstellung.

Die Erfindung betrifft einen mehreckigen Kolben für Kreiskolben-Brennkraftmaschinen in Troehoidenbauart, mit einer die Kolbenflanke bildenden äußeren Umfangswand, zueinander parallelen Seitenteilen und einer die zentrale Lagernabe bildenden inneren Umfangswand, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Derartige Kolben werden bisher stets als Gußteil hergestellt, wozu teure Gußformen und verlorene Gußkerne erforderlich sind. Der Gußrohling muß an allen Außenflächen bearbeitet werden. Die·Reinigung der inneren Hohlräume von Kernsand-Resten bereitet Schwierigkeiten. Die Wandstärken eines Gußkolbens sind verhältnismäßig groß und nicht absolut gleichmäßig, so daß sich Unwuchten ergeben, die durch entsprechende Materialab-. tragung nachträglich beseitigt herden müssen.

.Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen mehreckigen Kolben- der vorstehend genannten Art zu schaffen, der sich . durch einfachere Fertigung,* geringes Gewicht und geringe Unwucht auszeichnet.

Der erfindungsgemäße Kolben ist dadurch gekennzeichnet, daß seine Wände aus spanlos verformten Stahlblech-Einzelteilen bestehen, die an ihren Berührungsstellen miteinander verlötet oder verschweißt sind.

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Der erfindungpgornäße Vorschlag gewährleistet, daß die einzelnen V.'an de des Kolbens jeweils absolut gleichbleibende Wandstärken aufweisen, die erheblich kleiner sein können als diejenigen von Gußkolben, wodurch sich ein geringeres Gewicht und eine geringere Unwucht ergibt. Zumindest die äußere, die Kolbenflankcn bildende Urnfangs fläche bedarf keinerlei Nachbearbeitung. Durch die kleineren Wandstärken

wird auch eine bessere Kühlung erreicht. ,

Vorzugsweise ist die äußere Umfangswand des Kolbens aus unter sieh gleichen, jeweils eine Kolbenflanke bildenden, maßgenau gestanzten Stahlblechteilen gebildet, welche auf den Unifangsflächen der die Seitenwände bildenden Stahlblechplatten aufliegen und mit diesen verlötet oder verschweißt sind. Die Lagernabe besteht aus einem im Querschnitt U-förmigen, gegebenenfalls von zwei spiegelbildlichen Teilen gebildetes Blechteil, dessen Schenkel mit den Innenflächen der Seitenfläche verschweißt oder verlötet sind. Die die Kolbenflanke bildenden Stahlblechteile sind ebenso wie die Seitenwände bildenden Stahlblechteile Gleichteile, zu deren Herstellung einfache Präge- und Stanzvorrichtungen ausreichen.

Da in den Kolbenecken Radialnutcn zur Aufnahme von Dichtelementen erforderlich sind, ist es zweckmäßig, in diesen Kolbenecken, die durch Aneinanderstoßen benachbarter Kolbenflanken gebildet sind, Einsatzstücke aus Profilmaterial anzuordnen, die mit den benachbarten Innenflächen der die 'Kolbenflanken bildenden Stahlblechteile verbunden sind und Radialnuten zur Aufnahme von Dichtelernenten aufweisen. Diese Einsatzstücke können sich durch die die Seitenwände bildenden Stahlblechplatten hindurch erstrecken, wodurch die Gefahr von Undichtigkeiten vermieden wird, da die Radialnut nicht durch mehrere miteinander verbundene Bauteile verläuft.

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Eine der die Seitenwände bildenden Stahlblechplatten ist vorzugsweise aus härtbarem Stahl gefertigt und mit einer einen Teil des Kolbengetriebes bildenden Innenverzahnung versehen. Diese Innenverzahnung kann vor- dem Zusammenbau des Kolbens vorverzahnt werden. Dies ergibt eine erhebliche Vereinfachung gegenüber dem bisher für sich hergestellten und am Kolben befestigten Zahnrad. '

Die die Seitenwände bildenden Stahlblechplatten können an ihren Innenflächen parallel zu den Umfangskanten und nahe derselben verlaufende Nuten aufweisen, die im Betrieb- von Kühlflüssigkeit durchströmt werden, wodurch der Bereich gekühlt wird, in welchem an der Außenfläche der Seitenwände Axialdichtungen angebracht sind.

Um eine gute Durchströmung des Innenraums des Kolbens mit Kühlflüssigkeit zu gewährleisten, können zwischen den Kolbenflanken und der Lagernabe im Querschnitt T-förmige Leitbleche angeordnet werden, deren Mittelstege in der Mitte von in der Lagernabe vorgesehenen Kühlmittel-Zuflußbohrung liegen. Die zugeführte Kühlflüssigkeit wird durch diese Stege in Umfangsrichtung sowohl zu der einen als auch zu der anderen benachbarten Kolbenecke umgelenkt.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Kolbens, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Stahlblech-Einzelteile maßgenau gestanzt und die"Einsatzstücke für die Kolbenecken aus Profilmaterial abgelängt werden, die Innenverzahnung der die eine Seitenwand bildenden Stahlblechplatte durch Feinstanzen vorverzahnt wird, dann alle Einzelteile mit einer Seitenwand zur · Lagefixierung unter Belassung eines Lötspaltes heftgeschv.'oißt werden, darauf an d.en Stoßstellen pastenförmige Lötmittel angebracht und die zweite Seitenwand eingesetzt wird, anschließend die Einzelteile in einem Lötofen mit-· einander verlötet werden, dann die die Innenverzahnung

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tragende· Seitenwand nur im vorverzahnten Bereich durch z.B. Hochfrequenzverfahren gehärtet und schließlich die Lagerbohrung j die Innenverzahnung und die Nuten zur Aufnahme von Diehteleinenten durch mechanische Bearbeitung fertiggestellt werden.

In Abwandlung dieses Verfahrens können die die Kolbenflanken bildenden Stahlblechteile mit den die Seitenwände bildenden Stahlblechplatten z.B. durch Elektronenstrahlschweißen oder Laserstrahlschweißen miteinander verbunden werden.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgernäßen Kolbens ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht des Kolbens teilweise im Schnitt gemäß Linie A-A in Fig. 2,

Fig. 2 einen Längsschnitt gernäß Linie B-B in Fig. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht in Richtung des Pfeils X in Fig. 1, und

Fig. 4 eine Explosionsdarstellung des Kolbens mit allen Einzelteilen vor dem Zusammenbau.

Der dargestellte dreieckige Kolben weist eine äußere Umfangswand auf, die aus drei maßgenau gestanzten Blechteilen 1 gebildet wird, zwei zueinander parallele, von gestanzten Stahlblechplatten 2 und 3 gebildete Seitenwände und eine von zwei spiegelbildlichen Gleichteilen 4 gebildete, im Querschnitt U-förmige Kolbennabe. Die Kolbenflanken 1 übergreifen, wie ersichtlich, die Seitenwände 2 und 3, um eine Trennfuge in dem Bereich zu vermeiden, der den Verbrennungsgasen und -drücken direlct ausgesetzt ist. In den Kolbenecken, die durch AneinanderstoVion benachbarter Kolbenflanken 1 gebildet sind, sind Einsatzstücke 5 aus Profilmaterial ange-

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ordnet, die zur Aufnahme von nicht dargestellten Radialnuten für Dichtelemente dienen. Diese Einsatzstücke 5 können sich, wie Fig. 2 zeigt, zwischen den beiden Seitenwänden 2 und 3 erstrecken, sie können sich jedoch auch durch diese hindurch bis zu den Außenflächen der Seitenwände fortsetzen, was den Vorteil hat, daß die Radialnuten nicht durch Trennflächen zwischen miteinander verbundenen Bauteilen verlaufen'. Zwischen den Kolbenflanken 1 und der Lagernabe 4 sind Leit-

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bleche ο angeordnet, die aus jeweils zwei sich zu einem T-Profil ergänzenden Blechen bestehen. Die Mittelstege 7 der so gebildeten T-Profile liegen jeweils in der Mitte von Zuflußbohrungen 8, die in der Lagernabe 4 vorgesehen sind. Die durch diese Bohrungen 8 einströmende Kühlflüssigkeit wird durch die Stege J in Richtung der Pfeile 9 nach links und rechts zu den benachbarten Kolbenecken hin abgelenkt. Auf der anderen Seite der Kolbennabe 8 sind"Abflußbohrungen 10 für die Kühlflüssigkeit vorgesehen.

Die Innenflächen der Seitenwände 2 sind mit Nuten 11 versehen, Vielehe parallel zu den Umfangskanten und nahe derselben verlaufen. Diese Nuten 11 werden im Betrieb von der Kühlflüssigkeit durchströmt., wodurch eine Kühlung der Seitenwände in dem Bereich stattfindet, in welchem an den Außenflächen die Axialdichtungen des Kolbens angeordnet sind.

Die Seitenwand 3 ist aus härtbarem Stahl gefertigt und mit einer Innenverzahnung 12 versehen, Vielehe einen Teil des üblichen Kolbengetriebes bildet.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist im Bereich jeder Kolbenecke ein den Kolben durchdringendes Rohr IJ eingesetzt, welches dazu dient, im Betrieb einen Druckausgleich zwischen den beiden Kolbenseiten zu erreichen.

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Sämtliche Einzelteile des Kolbens sind vorzugsweise zu-■sammengelötet. Dabei v/erden in einer Haltevorrichtung alle Einzelteile den Kolbens r<,it Ausnahme einer Seitenwand auf die andere Seitenwand aufgesetzt und unter Einhaltung eines Lötspalten von beispielsweise Oj2mm durch Schweißpunkte fixiert. Darauf wird an den Stoß- oder Berührungsstellen der Einzelteile ein pastonfBrmiges Lötmittel, vorzugsweise Kupferlot mit Nickel zusatz, angebracht, die andere Seitenwand eingesetzt und der so vorbereitete-und zusammengesetzte Kolben in einen Lötofen gebracht, v/o bei einer Temperatur von etvia 1100° alle Einzelteile miteinander dicht verlötet werden. Nun wird die die Innenverzahnung tragende Seitenwand 3 in) vorverzahnten Bereich z.B. durch Hochfrequenz gehärtet und schließlich werden die Lagerbohrung, die Innenverzahnung und die Nuten zur Aufnahme der Dichtelerneritc durch mechanische Bearbeitung fertiggestellt.

Die Verbindung der Einzelteile des Kolbens kann zum Teil auch durch Schweißen erfolgen, und zwar Insbesondere die Verbindung der Kolben'flanken 1 mit den Seitenwänden 2 und 3· Hierfür ist die Anwendung des Elektronenstrahl» oder Laserstrahlschweißverfahrens besonders geeignet.

Der erfindungsgemäße Kolben zeichnet sich 'durch eine rationelle Fertigung aus, da eine mechanische spanabhebende Bearbeitung nur an wenigen Stellen erforderlich is.t. Er hat ein geringeres Gewicht als ein Gußkolben, und Rann auf Grund der vielen Gleichteile praktisch ohne Unwucht hergestellt werden. ,

- Patentansprüche -

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Claims

Pa t entans prü ehe

Mehreckiger Kolben für Kreiskolben-Brennkraftmaschinen in Trochoidenbauart, mit einer die Kolbenflanken bildenden äußeren Umfangswand, zueinander parallelen Seitenwände und einer die zentrale Lagernabe bildenden inneren Umfangswand, dadurch gekennzeichnet, daß seine .Wände (1, 2, J>, 4) aus spanlos verformten Stahlblech-Einzelteilen bestehen, die an ihren Berührungsstellen miteinander verlötet oder verschweißt sind.
2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Umfangswand aus unter sich gleichen, jeweils eine Kolbenflanke (1) bildenden, maßgenau gestanzten Stahlblechteilen gebildet ist, welche auf den Umfangsflächen der die Seitenwände (2, 3) bildenden Stahlblechplatten aufliegen und mit diesen verlötet oder verschweißt sind, und daß die Lagernabe aus einem im Querschnitt U-förmigen, gegebenenfalls von zwei spiegel bildlichen Teilen (4) gebildeten Blechteil besteht, dessen Schenkel mit den Innenflächen der Seitenwände (2, 5) verschweißt oder verlötet sind. ._; ....
3. Kolben, nach Anspruch 2, ,dadurch gekennzeichnet, daß in den -Kolbenecken, die durch Aneinanderstoßen benach-

.· barter Kolbenflanken (1) gebildet sind, Einsatzstücke ■•'(5) aus Profilmaterial angeordnet sind, die mit den , ■ benachbarten Innenflächen der die Kolbenflanken (1) bildenden Stahlblechteile verbunden sind und Radialnuten zur Aufnahme von Dichtelementen aufweisen.

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4. Kolben nach Anspruch 3j dadurch gekennzeichnet, daß sich die Einsatzstück^ (5) durch die die Seitenwände (2, 2) bildenden Stahlblechplatten hindurch erstrecken.
5. Kolben nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine (3) der die Seitenwände (2, 3) bildenden Stahlblechplatten aus härtbarem Stahl gefertigt ist und mit einer einen Teil des Kolbengetriebes bildenden Innenverzahnung (12) versehen ist. .
6. Kolben nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Seitenwände (2, 3) bildenden Stahlblechplatten an ihren Innenflächen parallel zu den Umfangskanten und nahe derselben verlaufende Nuten (11) aufweisen.
7. Kolben nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Kolbenflanken (1) und der Lagernabe (4) im Querschnitt T-förmige Leitbleche (6) angeordnet sind, deren Mittelstege (7) in der Mitte von in der Lagernabe (4) vorgesehenen Kühlmittel-Zuflußbohrungen (8) liegen.
8. Verfahren zur Herstellung eines Kolbens nach einem oder mehreren .der vorhergehenden Ansprüche₄ dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlblech-Einzelteile maßgenau gestanzt und die Einsatzstücke für die Kolbenecken aus Profilmaterial abgelängt werden, die Innenverzahnung der die eine Seitenwand bildenden Stahlblechplatte durch Feinstanzen vorverzahnt wird, dann alle

"·. Einzelteile mit einer Seitenwand zur Lagefixierung unter Belassung eines Lotspaltes' von max. 0,j5mm heft-

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geschweißtwerden, darauf an den Stoßstellen pastenförmiges Lötmittel angebracht und die zweite Seitenwand eingesetzt wird und darauf die Einzelteile miteinander verlötet werden, dann die die Innenverzahnung tragende Seitenwand nur im vorverzahnten Bereich z.B. durch Hochfrequenzverfahren gehärtet und schließlich die Lagerbohrung, die Innenverzahnung und die Nuten zur Aufnahme von Dichtelementen durch mechanische Bearbeitung fertiggestellt werden.

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