Leichtmetall-Regelkolben

Abstract

 Bei einem Leichtmetall-Regelkolben mit auf dessen Innenumfangslänge der tragenden Kolbenschaftsflächen und in den Naben der Bolzenaugen eingegossenen segmentartigen Regelgliedern, die auf nahezu ihrer gesamten Umfangslänge in der OIringnut angestochen und freigelegt sind, erstreckt sich von der Innenkontur her als Verlängerung des Kolbenkopfes zwischen den Naben der Bolzenaugen ein wulstartiger Umguss.
Um zu gewährleisten, dass die Regelglieder sich im Motorbetrieb nicht lösen, weist jedes Regelglied im Bereich der tragenden Kolbenschaftflächen wenigstens eine radial über seine Umfangsfläche vorstehende Erhebung auf.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen gegossenen Leichtmetall-Regelkolben für Brennkraftmaschinen, inbesondere für Dieselmotoren, mit auf dessen Innenumfangslänge der tragenden Kolbenschaftflächen angegossen und in den Naben der Bolzenaugen eingegossenen segmentartigen, streifen- bzw. plattenförmigen, vorzugsweise aus Stahl bestehenden, Regelgliedern, die auf nahezu ihrer gesamten Umfangslänge in der ölringnut oberhalb des Kolbenschafts angestochen und freigelegt sind und auf deren kolbenkopfseitigem Abschnitt sich von der Innenkontur her als Verlängerung des Kolbenkopfes zwischen den Naben der Bolzenaugen ein wulstartiger innerer Umguß bis auf 10 bis 50 % ihrer Höhe erstreckt.

[0002] Dieser als Segmentstreifenkolben bekannte Leichtmetall-Regelkolben gemäß DE-AS 10 78 387 vereinigt in sich die thermische und mechanische Belastbarkeit eines Einmetall-Vollschaftkolbens mit dem Vorteil der Laufruhe eines sogenannten Ringstreifenkolbens, bei dem im oberen Schaftende ein Stahlblechring zwischen den Naben der Bolzenaugen und der Ölringnut oberhalb des Kolbenbolzens eingegossen ist. Die beiden segmentartigen, streifen- bzw. plattenförmigen Regelglieder des Segmentstreifenkolbens liegen über der ganzen Innenumfangsfläche der tragenden Kolbenschaftflächen an und sind in den Naben der Bolzenaugen verankert. Sie haben in der Regel eine radiale Dicke von ca. 1,5 mm und sind auf nahezu ihrer ganzen Umfangslänge bei der Bearbeitung der Ölringnut oberhalb des Kolbenbolzens absichtlich angestochen und freigelegt. Vom Kolbenkopf her erstreckt sich ein wulstartiger, innerer Umguß bis ca. zur Mitte der Regelglieder, wodurch der Kolbenschaft gut abgestützt ist. Beim Gießen des Segmentstreifenkopfes schrumpft beim Abkühlen der äußere Metallmantel auf die Regelglieder auf. Es überwiegen die Zugkräfte in Bolzenebene und verleihen dem Kolben eine Ovalform. Während des Bearbeitens der ölringnut wird die Oberkante der Regelglieder freigelegt, so daß die vorhandene Zugspannung eine kleine Trennfuge von ca. 50_JUm zwischen dem Regelglied und dem Umguß entstehen läßt. Bei Erwärmung dehnt sich der Kolben überwiegend in Kolbenbolzenebene und versucht die ursprüngliche runde Form anzunehmen. Die Trennfuge an der Schaftoberkante wird während der stärkeren Ausdehnung des Kolbenkopfs kleiner. Bei höherer thermischer Belastung kommt der Umguß vollkommen zur Anlage, und es wird eine für diesen Fall erforderliche Abstützung des Schafts erreicht. Zusätzlich ist eine Brücke zur Weiterleitung der Wärme vom Kopf zum Schaft vorhanden, solange hohe Temperaturen am Kolbenboden dies erzwingen. Mit der Höhe der Regelglieder können die Regelwerte variiert und der jeweiligen Kolbenform angepaßt werden. Es wird jedoch angestrebt, die Höhen der Regelglieder, besonders aus Gewichtsgründen auf ein Minimum zu beschränken. Durch genügende Elastizität im Zusammenhang mit einer optimalen Schleifkurve wird unter diesen Bedingungen ein gleichmäßiges Laufspiel und Tragbild erreicht.

[0003] Um den in letzter Zeit infolge des gesteigerten Fahrkomforts bei gleichzeitiger höherer Motorleistung und gutem Beschleunigungsverhalten der Fahrzeuge gestiegenen Anforderungen an einen Segmentstreifenkolben, insbesondere hinsichtlich seiner Sekundärfunktionen, wie Laufruhe, Gestaltfestigkeit, minimalen Verschleiß und Freßsicherheit bei größstmöglicher Lebensdauer, insbesondere für schnelläufige Brennkraftmaschinen gerecht zu werden, ist u.a. sicherzustellen, daß neben einer maßgenauen Bearbeitung und funktionsgerechten Oberflächenbeschaffenheit des Kolbens auch eine einwandfreie Befestigung der Regelglieder über die gewünschte lange Laufzeit bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der guten Regelfunktion gewährleistet ist.

[0004] Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß in der Weise, daß jedes Regelglied im Bereich der tragenden Schaftflächen wenigstens eine radial über seine Umfangsfläche vorstehende Erhebung aufweist, die radial nach außen oder innen vorstehen kann.

[0005] Im Rahmen der vorzugsweisen Ausgestaltung der Erfindung können mehrere Erhebungen in Umfangsrichtung des Regelgliedes hintereinander bzw. auch parallel zueinander verlaufend angeordnet sein.

[0006] Vorzugsweise erstreckt sich die Erhebung über eine Umfangslänge des Regelgliedes von 10 bis 80 %, vorzugsweise 25 bis 60 %.

[0007] Eine weitere Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß die axiale Höhe der Erhebung wenigstens 3 bis 15 mm, vorzugsweise 5 bis 10 mm beträgt.

[0008] Die Erhebung ist entweder durch Umformen oder durch Ein- bzw. Anschneiden erzeugt.

[0009] Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Erhebungen so tief ein- bzw angeschnitten sind, daß gerade kein Durchschnitt erfolgt.

[0010] Die Erhebungen weisen entweder eine geschlossene oder eine offene Schneidkante auf.

[0011] Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielhaft dargestellt und wird nachfolgend erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Kolben durch die aus Kolbenachse und Kolbenbolzenachse gebildeten Ebene.

Fig. 2 einen Schnitt durch einen Kolben senkrecht zu der aus Kolbenachse und Kolbenbolzenachse gebildeten Ebene.

Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Kolben entlang der durch Kolbenbolzenachse gelegten horizontalen Ebene.

[0012] In den aus Leichtmetall gegossenen Segmentstreifenkolben 1 sind auf der Innenumfangsfläche der tragenden.Schaftflächen 2, 3 aus Stahl bestehende segmentartig und streifenförmig ausgebildete Regelglieder 4, 5 angegossen und mit ihren zum Kolbeninneren hin abgebogenen Endbereichen 6, 7 in den Naben 8, 9 der Bolzenaugen 10, 11 eingegossen. In der ölringnut 12 oberhalb des Kolbenbolzens sind die Regelglieder 4, 5 angestochen und freigelegt. Auf den oberen Abschnitt der Regelelemente 4, 5 erstreckt sich von der Innenkontur als Verlängerung des Kolbenkopfs zwischen den Naben 8, 9 ein wulstartiger innerer Umguß 13 bis auf etwa 25 % der Höhe der Regelglieder. Die Regelglieder weisen jeweils im kolbenbodenseitigen und im kolbenschaftseitigen Abschnitt zwei hintereinander angeordnete durch Anschneiden erzeugte radial über ihre Außenumfangsfläche vorstehende sich in Umfangsrichtung erstreckende rechteckige Flächen 14, 14', 15, 15', 16, 16', 17, 17' mit geschlossener Schneidkante auf. Die rechteckigen Flächen verlaufen jeweils über eine Umfangslänge von 25 % der Gesamtlänge des Regelgliedes und besitzen eine Höhe von 6 mm. Bei offener Schneidkante stehen die Erhebungen etwa keilförmig über die Umfangsfläche vor.

[0013] Durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Regelglieder des Segmentstreifenkolbens ist eine feste Verankerung auch dann gewährleistet, wenn der Kolben über eine lange Lebensdauer besonderen Belastungen im Motorbetrieb, wie z.B. erhöhte Drehzahl, Ventilaufsetzer, leichtes Anlaufen des Kolbenkopfes gegen die Zylinderwand usw. ausgesetzt ist, da die Verankerung der Regelglieder in axialer Richtung vergrößert ist. Durch diese Maßnahme wird das gute Regelverhalten dieses Kolbens in keiner Weise beeinträchtigt.

Ansprüche

1. Leichtmetall-Regelkolben für Brennkraftmaschinen, inbesondere für Dieselmotoren, mit auf dessen Innenumfangslänge der tragenden Kolbenschaftflächen angegossen und in den Naben der Bolzenaugen eingegossenen segmentartigen, streifen- bzw. plattenförmigen, vorzugsweise aus Stahl bestehenden, Regelgliedern, die auf nahezu ihrer gesamten Umfangslänge in der ölringnut oberhalb des Kolbenschafts angestochen und freigelegt sind und auf deren kolbenkopfseitigem Abschnitt sich von der Innenkontur her als Verlängerung des Kolbenkopfes zwischen den Naben der Bolzenaugen ein wulstartiger innerer Umguß bis auf 10 bis 50 % ihrer Höhe erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Regelglied (4, 5) im Bereich der tragenden Kolbenschaftflächen (2i 3) wenigstens eine radial über seine Umfangsfläche vorstehende Erhebung (14, 14', 15, 15', 16, 16', 17, 17') aufweist.

2. Leichtmetall-Regelkolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebung über die Außenumfangsfläche des Regelgliedes vorsteht.

3. Leichtmetall-Regelkolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebung radial über die Innenumfangsfläche des Regelgliedes vorsteht.

4. Leichtmetall-Regelkolben nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Erhebungen in Umfangsrichtung des Regelgliedes hintereinander angeordnet sind.

5. Leichtmetall-Regelkolben nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Erhebungen in Umfangsrichtung des Regelgliedes parallel zueinander verlaufend angeordnet sind.

6. Leichtmetall-Regelkolben nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangslänge der Erhebungen 10 bis 80 %, vorzugsweise 25 bis 60 %, der Umfangslänge des Regelgliedes beträgt.

7. Leichtmetall-Regelkolben nach einem oder mehreren der Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Höhe der Erhebungen wenigstens 3 mm bis zu 15 mm, vorzugsweise 5 bis 10 mm beträgt.

8. Leichtmetall-Regelkolben nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen durch Umformen erzeugt sind.

9. Leichtmetall-Regelkolben nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen durch Ein- bzw. Anschneiden erzeugt sind.

10. Leichtmetall-Regelkolben nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen so tief ein- bzw. angeschnitten sind, daß gerade kein Durchschnitt erfolgt.

11. Leichtmetall-Regelkolben nach den Ansprüche 9 und/ oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen eine geschlossene Schneidkante aufweisen.

12. Leichtmetall-Regelkolben nach dem Anspruch 9 und/ oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen eine offene Schneidkante aufweisen.

Zeichnung