DE2828749A1

DE2828749A1 - Kolben fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2828749A1
Application number: DE19782828749
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dipl Ing Bauer
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 1978-06-30
Filing date: 1978-06-30
Publication date: 1980-01-10
Also published as: IT7923945A0; IN151839B; JPS6229626B2; GB2028464B; US4383509A; RO77466A; DD144584A1; IT1165129B; SE7905742L; JPS5510099A; FR2429897A1; HU179765B; FR2429897B1; GB2028464A; DE2828749C2; SU936824A3

Description

fo/kr

Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg
Aktiengesellschaft

Nürnberg, 26. Juni 1978

Kolben für Brennkraftmaschinen

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kolben für Brennkraftmaschinen, insbesondere .für Hochleistungs-Brennkraftmaschinen mit mehreren Ringnuten für Kolbenringe und einer unterhalb der obersten Ringnut vorgesehenen, von dieser getrennten und nur zur Zylinderlauffläche hin offenen ölfangnut.

Ein derartiger Kolben ist bereits durch die DE-PS 2 o26 bekannt. Bei ihm dient die Ölfangnut erstmalig dazu, das Ansetzen von Ölkohle am Peuersteg, in der dem Verbrennungsraum am nächsten liegenden Ringnut und auch unter dieser zu vermeiden. Die Anordnung hat sich in der Praxis durchaus bewährt, wenn der Querschnitt der ölfangnut ausreichend groß gewählt wird. Besonders wirkt sich dies auf die dem Verbrennungsraum am nächsten liegende Ringnut aus, da sie eine der am höchsten beanspruchten Partien des Kolbens darstellt, denn sie ist unmittelbar den im Zylinder herrschenden Temperaturen und über den Kolbenring nahezu dem vollen Verbrennungsdruck ausgesetzt.

Aus Festigkeitsgründen und unter Berücksichtigung der mechanischen und thermischen Verformung des Kolbens muß

insbesondere bei niedrig bauenden Kolben, bei denen die 909882/0477

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Ringpartie nicht ohne weiteres zu Lasten der Schaftlänge vergrößert werden kann, die Tiefe der ölfangnut und damit ihr Querschnitt verhältnismäßig klein gehalten werden, so daß die volle Wirkung oft nicht mehr gewährleistet ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kolben der eingangs beschriebenen Art dahingehend weiterzuentwiekeln, daß ohne Verlängerung der Ringpartie bei gleicher Bauteilfestigkeit der Querschnitt der ölfangnut dennoch ausreichend groß gestaltet werden kann, damit sie ihren Zweck erfüllt.

Nach der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Steg zwischen der obersten Ringnut und der ölfangnut - im Querschnitt gesehen - als Träger mit konstanter Biegespannung ausgebildet ist, daß er an seiner Außenfläche davon abweichend eine der Fertigung angepaßte endliche Höhe aufweist, und daß die innere Begrenzung der ölfangnut zum Vermeiden eines erhöhten Kerbfaktors durch eine endliche Ausrundung gebildet wird.

Damit ist eine bestmögliche Ausnützung des Kolbenschaftes zwischen der obersten und der darunter liegenden Ringnut gegeben, und gleichzeitig eine tiefere Ausbildung der·ölfangnut möglich, so daß die gestellte Aufgabe voll gelöst wird.Wesentlich bei dem Erfindungsgedanken ist dabei noch, daß auch gewisse Zugeständnisse an die Fertigung gemacht werden müssen, die genau abzuwägen sind. So weist beispielsweise der zwischen der obersten Ringnut und der ölfangnut verbleibende Steg eine endliche Höhe auf, obwohl er nach der bekannten Formel für Träger gleicher Biegespannung spitz auslaufen müßte.

Als Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß

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- im Querschnitt gesehen - die Unterflanke der ölfangnut zur Außenfläche des Kolbens hin eine leichte, den Querschnitt der ölfangnut vergrößernde Schrägfläche bildet und derart angeordnet ist, daß der unterhalb der ölfangnut liegende Steg festigkeitsmäßig ausreichend dimenioniert ist. Die Schrägfläche wird dabei zum besseren Auffangen des Öles und zur besseren Bearbeitung bzw. leichteren Herstellung vorgesehen.

Handelt es sich um einen Kolben, bei dem die oberste Ringnut in einem eingegossenen Ringträger angeordnet ist, so wird schließlich vorgeschlagen, daß bei der Wahl der endlichen Höhe für den Steg zwischen der obersten Ringnut und der ölfangnut die Dauerfestigkeit der Alfinschicht zwischen den beiden unterschiedlichen Materialien zu berücksichtigen ist. Hauptsächlich wird es sich hier um die Dauerfestigkeit der Alfinschicht zwischen einem Niresist-Ringträger_und_ der verwendeten Aluminiumlegierung für den Kolben handeln.

Bei der erfindungsgemäßen ölfangnut bildejn also im Querschnitt gesehen die obere Begrenzungsfläche und die Unterflanke zusammen die Form eines abgestumpften Keiles, wobei der Neigungswinkel der oberen Begrenzungsfläche etwa das 2,5-fache des Neigungswinkels der Unterflanke entspricht.

Weitere Einzelheiten der Erfindung können der nachfolgenden Beschreibung eines in den Zeichnungen dargestellten Beispieles entnommen werden. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt duroh den oberen Teil eines Kolbens nach der Erfindung,

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Pig. 2 die oberste Ringnut eines Kolbens mit dem darunter liegenden Steg im Schnitt, vorgesehen für ein Berechnungsbeispiel .

Gemäß Pig. 1 ist in einem nur zum Teil dargestellten Kolben I ein Ringträger 2 eingegossen, in dem sich eine dem Brennraum am nächsten liegende Ringnut 3 befindet. Unterhalb des Ringträgers 2 bildet ein im Querschnitt gesehen als Träger mit konstanter Biegespannung geformter Steg 4 die obere Begrenzungsfläche 5 einer ölfangnut 6, die weiter von einer Ausrundung 7 und einer unter einem Winkel /3 schräg verlaufenden Unterflanke 8 eingesäumt ist. Unterhalb der ölfangnut 6 ist im Kolben 1 eine weitere, durch einen Steg 9 von ihr getrennte Ringnut Io und schließlich noch eine Nut Il für einen ölabstreifring vorgesehen. Die Außenfläche 12 des Kolbens i liegt hier im Kolbenschliffbild.

In Fig. 2 ist die oberste Ringnut 3 und der darunter liegende Steg 4 mit der oberen, unter einem Winkelac verlaufenden Begrenzungsfläche 5 der ölfangnut dargestellt. Der Steg 4 weist eine der Fertigung angepaßte endliche Höhe H auf. Die vom obersten, nicht dargestellten Kolbenring auf den Steg 4 wirkende Kraft ρ ist als Streckenlast angenommen und durch Pfeile angedeutet. Die Situation als ebenes Modell zu betrachten, ist zulässig, so lange die Nuttiefe wesentlich kleiner als der Kolbendurchmesser ist. Das Biegemoment M_b, gemessen in einem Abstand χ von der Außenfläche 12 des Kolbens 1 ergibt sich bekanntlich aus m^»p.x.x/2 » p.x .

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Die zulässige Biegespannung ->_b errechnet sich aus C'b =

^Mb. wobei mit W, das Widerstandsmoment bezeichnet ist und ~w— ^b

^b h²

bei einem Rechteck W_fe - g— ergibt, h ist dabei die jeweilige Höhe des Steges 4 in einem gewählten Abstand x.

Somit läßt sich die jeweilige Höhe h des Steges 4 wie folgt feststellen, wenn man eine möglichst große ölfang— nut erreichen will:

h(x) = x. oder tang oC = -f|- = l/ '

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ι *·

Leerseite

Claims

fo/kr

Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg 2 B 2 8 7 4

Aktiengesellschaft

Nürnberg, 26. Juni 1978

Patentansprüche

[Xj Kolben für Brennkraftmaschinen, insbesondere für Hochleistungs-Brennkraftmaschinen mit mehreren Ringnuten für Kolbenringe und einer unterhalb der obersten Ringnut vorgesehenen, von dieser getrennten und nur zur Zylinderlauffläche hin offenen ölfangnut, dadurch gekennzeichnet,'daß der Steg (4) zwischen der obersten Ringnut (3) und der ölfangnut (6) - im Querschnitt gesehen - als Träger mit konstanter Biegespannung ausgebildet ist, daß er an seiner Außenfläche (12) davon abweichend eine der Fertigung angepaßte endliche Höhe (H) aufweist, und daß die innere Begrenzung der ölfangnut (6) zum Vermeiden eines erhöhten Kerbfaktors durch eine endliche Ausrundung (7) gebildet wird.
2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß - im Querschnitt gesehen - die Unterflanke (8) der ölfangnut (6) zur Außenfläche (12) des Kolbens (1) hin eine leichte, den Querschnitt der ölfangnut (6) vergrößernde Schrägfläche bildet und derart angeordnet ist, daß der unterhalb der ölfangnut (6) liegende Steg (9) festigkeitsmäßig ausreichend dimensioniert ist.

ORIGINAL. INSPECTED
3. Kolben nach Anspruch I, bei dem die oberste Ringnut in einem im Kolben eingegossenen Ringträger angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Wahl der endlichen Höhe (H) für den Steg (4) zwischen der obersten Ringnut (3) und der ölfangnut (6) die Dauerfestigkeit der . Alfinschichtbindung zwischen den beiden unterschiedlichen Materialien zu berücksichtigen ist.
4.Kolben nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß - im Querschnitt gesehen - die obere Begrenzungsfläche (5) und die Unterflanke (8) der ölfangnut (6) die Form eines abgestumpften Keiles bilden, und daß der Neigungswinkel (^) der oberen Begrenzungsfläche (5) etwa das 2,5-fache des Neigungswinkels (#) der Unterflanke (8) entspricht.

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