DE2243230A1 - Ringtraegerkolben - Google Patents

Description

• Ringträgerkolben Die Erfindung betrifft einen Leichtmetallkolben für Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren, dessen erste Ringnut mit einem vollen Ringträger armiert ist.
• Die Lebensdauer, insbesondere von Dieselmotoren, in denen die Kolben unter hohen thermischen und dynamischen Belastungen laufen, wird oft dadurch begrenzt, daß die Ringnuten der Kolben, besonders die Nut für den ersten Ring, stark verschleißen. Ringnuten und Kolbenringverschleiß werden gefördert, wenn 1) der Kolben durch hohe Leistungsanforderungen thermisch und dynamisch hoch belastet wird und damit das Kolbenmaterial im Bereich der Ringnute:lflanken an Härte und Festigkeit verliert.
• 2) der Kolben, bedingt durch die Motorauslegung, nur eine kurze führende Schaftlänge besitzt und zum Kippen neigt.
• 3) infolge mangelnder Schmierung der erste Verdichtungsring trocken in der Nut läuft.
• 4) durch ungenügende Filterung vom Motor viel Staubangesaugt wird.
• 5) starke Rückstände bildender Kraftstoff gefahren wird.
• Mit zunehmendem Verschleiß vergrößert sich auch das Spiel zwischen Nut und Ring, der Ring verliert seine Führung, er läuft mit seiner Stirnfläche nicht mehr exakt auf der Zylinderlaufbahn, kann sich verkanten und dichtet dadurch gegen die Gase aus dem Verbrennungsraum nicht mehr sicher ab. olverbrauch und Gasdurchlaß wachsen im Laufe der Zeit auf ein nicht mehr vertretbares Maß an. Außerdem besteht die Gefahr, daß der Ring wegen ungenügender Führung in der Ringnut bricht und dadurch Kolben und Zylinderwand zerstört werden.
• Um diesem gefährlichen Verschleiß der Ringnut entgegenzuwirken, werden sogenannte Ringträger in den Kolben eingegossen oder eingepreßt, die aus einem austenitischen Werkstoff, vorzugsweise Gußeisen, bestehen, der bei Betriebstemperatur des Kolbens bedeutend härter und verschleißfester ist als die Leichtmetallegierung des Kolbens.
• Darüberhinaus ist es möglich, den Ringträger beim Eingießen in den Kolbenkörper mit Hilfe einer intermetallischen Schicht mit dem Kolbenmaterial fugenlos zu verbinden, wodurch ein guter Kontakt zwischen dem Ringträger und dem Kolbenmaterial erreicht wird (Bensinger W.-D. -u. A. Meier.: Kolben, Pleuel und Kurbelwelle bei schnellaufenden Verbrennungsmotoren, 2. Aufl., Berlin/Göt-tingen/Heidelberg 1961, S. 11).
• Neben der auf diese Weise erzielten GestaltfestigReit der Ringnuten muß der Ringträgerkolben so konstruiert sein, daß eine nach Möglichkeit vollständige Verbrennung des Kraftstoffluftgemisches im Verbrennungsraum stattfindet.
• Nun ist es aber bekannt, daß das in dem Ringspalt zwischen Feuersteg und Zylinderwand vorhandene Kraftstoff-Luft-Gemisch nur partiell umsetzt oder verbrennt und die unverbrannten Bestandteile als Schadstoffe mit dem Abgas an die Luft gelangen.
• Aufgabe der Erfindung ist es deshalb den Ringträgerkolben so zu gestalten, daß das Volumen des zwischen Feuersteg und Zylinderwand bestehenden Ringspaltes möglichst klein ist, um die in dem Ringspalt vorhandene Kraftstoff-Luft-Gemischmenge so niedrig wie möglich zu halten.
• Das Volumen des Ringspaltes ist abhängig von der Höhe des Feuerstegs, die sich danach bestimmt, daß die durch die Einwirkung der Gas- und Massenkraft sowie der Wärmespannungen erzeugte Beanspruchung ertragen und ein ausreichender Wärmefluß erreicht wird. Da die mathematische Erfassung dieser Einflüsse sich ausgesprochen schwierig gestaltet, erfolgt die Festlegung der Höhe des Feuerstegs nach Erfahrungsregeln, die durch laufende Gestaltfestigkeitsprüfungen unterbaut sind.
• Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Höhe des Feuerstegs in der Weise zu verringern, daß im Bereich des Feuer stegs eines Ringträgerkolbens eine mit einem vollen Ringträger bewehrte Ringnut angebracht ist, der mit dem in der ersten Ringnut des Ringfeldes angeordneten Ringträger über vom Kolbenxrerkstoff umgebene Stege bzw. Rippen verbunden ist.
• Die Stege bzw. Rippen können mit den Ringträgern einteilig gegossen oder mit diesen verschraubt, verschweißt oder -verlötet sein.
• Um eine ausreichende Verankerung des im Bereich des Feuersteges angebrachten Ringträgers im Kolbenmaterial zu erzielen, muß der axiale Abstand zwischen den beiden Ringträgern wenigstens der halben Höhe eines Ringträgers. entsprechen.
• Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der im Bereich des Feuersteges befindliche Ringträger an der Feuerstegoberkante angebracht.
• Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielhaft dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.
• Bei einem Leichtmetallkclben 1 für Dieselmotoren mit herzartiger Bodeenulde 2 ist im Bereich der ersten Ringnut 3 des Ringfeldes ein aus austenitischem Gußeisen bestehender Ringträger 4 eingegossen, der über vom Kolbenmaterial umgebende Stege 5 mit dem an der Oberkante des Feuersteges 6 in der Ringnute 7 angebrachten Ringträger 8 verbunden ist.
• Der Abstand 9 zwischen den Ringträgern 4 und 8 beträgt etwa die doppelte Ringträgerhöhe.
• Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, daß die Höhe des Feuersteges vergleichsweise um 20 bis 50 /% verringert werden kann und dadurch eine bedeutende Verkleinerung des Ringspaltvolumens erreicht und demzufolge eine beachtliche Senkung des Schadstoffanteils im Abgas erzielt wird.
• Patentansprtiche

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE 1) Leichtmetallkolben für Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren, dessen erste Ringnut des Ringfeldes mit einem vollen Ringträger armiert ist, gekennzeichnet durch eine im Bereich des Feuers-teges (6) angebrachte mit einem vollen Ringträger (8) bewehrte Ringnut (7), der über vom Kolbenmaterial umgebende Stege bzw. Rippen (5) mit dem in der ersten Ringnut (3) des Ringfeldes angebrachten Ringträger (4) fest verbunden ist.
2. 2) Leichtmetallkolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (9) zwischen beiden'Ringträgern (4, 8) wenigs-tens der halben Höhe eines Ringträgers entspricht.
3. 3) Leichtmetallkolben nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekelmzeichnet, daß der Ringträger (8) im Bereich der Feuerstegoberkante angeordnet ist.
4. 4) Leichtmetallkolben nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege bzw. Rippen (5) mit den Ringträgern (4, 8) einteilig gegossen, verschraubt, verschweißt oder verlötet sind.

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