DE10047258C2 - Kolben mit sich am Basisteil abstützenden und angeschweißtem Ringabschnitt - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolben für eine Brennkraftmaschine gemäß den Merk­ malen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.

Aus der DE 198 46 152 A1 ist ein Kolben für Brennkraftmaschinen bekannt, bei dem ein Ringabschnitt an ein aus geschmiedetem Stahl bestehendes Basisteil des Kol­ bens angeschweißt wird. Eine umlaufende Wand des Basisteils und das mit dem Basisteil verschweißte Bauteil bilden gemeinsam eine radial-äußere und axial-untere Begrenzungswand eines Kühlkanals. Dem Kühlkanal ist ein Kühlmedium zuführbar, um den Kolbenbodenbereich zu kühlen. Der Ringabschnitt wird mit zwei radial um­ laufenden Schweißnuten an dem Basisteil angeschweißt, wobei sich eine Schweiß­ nut im Ringabschnitt befindet. Dadurch wird dieser belastete Bereich geschwächt. Außerdem ist es bei der Herstellung des Kolbens aufwendig, den Ringabschnitt mit zwei Schweißnähten an dem Basisteil anzubringen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kolben für eine Brennkraft­ maschine hinsichtlich seiner Herstellung zu vereinfachen, ohne daß die Stabilität ver­ ringert wird.

Auch aus der US 3189010 und der gattungsbildenden DE 18 22 350 U sind schon Kolben bekannt, die aus einem Basisteil und einem daran angebrachten Ringab­ schnitt bestehen. Das Basisteil bildet dabei mit dem Ringabschnitt einen Kühlkanal, dem ein Kühlmedium zuführbar ist. Hierbei stützt sich jedoch der Ringabschnitt nicht an einer Stoßstelle an dem Basisteil ab. Bei der DE 18 22 350 U kann lediglich eine aufgesetzte Muffe durch eine Schweißwulst an Ort und Stelle gehalten werden, wobei sich diese Muffe zur Aufnahme der wirkenden Kräfte, jedoch nicht an dem Basi­ steil, abstützt.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Es ist vorgesehen, daß der Ringabschnitt mittels eines Schweißverfahrens mit nur einer radial umlaufenden Schweißfuge im Kolbenbodenbereich an dem Basisteil an­ gebracht ist und sich der Ringabschnitt an einer Stoßstelle an dem Basisteil abstützt. Somit wird der eine radial umlaufende Endbereich des Ringabschnittes im Kolben­ bodenbereich an dem Basisteil angeschweißt, während der andere radial umlaufen­ de Endbereich des Ringabschnittes an dem Basisteil lediglich zur Anlage kommt. Dadurch wird zum einen der Kühlkanal dichtend verschlossen und zum anderen kann sich der hochbelastete Ringabschnitt an dem Basisteil abstützen. Dadurch wird eine zweite radial umlaufende Schweißnaht vermieden. Zusätzlich kommt der Ringabschnitt mittels Preß- oder Übergangspassung an dem Basisteil im Bereich der Stoßstelle zur Anlage. Dadurch ist sichergestellt, daß der eine Endbereich des Ringabschnittes unter dauernder Krafteinwirkung an dem Basisteil oder dessen Vor­ sprung oder dessen Kolbenschaft anliegt, damit auch bei unterschiedlichen Bela­ stungen durch Druck und Temperatur, insbesondere Temperaturschwankungen, die Stoßstelle dauerhaft dicht ist. Außerdem ist dadurch gewährleistet, daß die in dem Ringabschnitt eingeleiteten Kräfte zuverlässig in das Basisteil eingeleitet werden.

In Weiterbildung der Erfindung ist zumindest an dem Ringabschnitt ein in Richtung des Basisteiles ausgerichteter Vorsprung angeordnet, der sich an der Wandung des Basisteiles abstützt. Dadurch ist es möglich, daß die auf den Ringabschnitt wirken­ den Kräfte gezielt über den Vorsprung in das Basisteil eingeleitet werden können. Außerdem erhöht sich durch die gezielte Krafteinleitung die Anlagekraft im Bereich der Stoßstelle, so daß ein wirksamer Verschluß des Kühlkanales gewährleistet ist.

In Weiterbildung der Erfindung ist eine Schweißfuge in einer Flucht mit der Stoßstelle angeordnet. Dies hat den Vorteil, daß der Bereich der Stoßstelle sowohl des Basi­ steiles als auch des Ringabschnittes und ebenso der Bereich der Schweißfuge vor Anbringung des Ringabschnittes mit dem gleichen Maß bearbeitet werden können.

In Weiterbildung der Erfindung stützt sich der Vorsprung des Ringabschnittes an ei­ nem Vorsprung des Basisteiles ab. Hierdurch ist es konstruktiv möglich, den Vor­ sprung des Basisteiles mit dem gleichen Durchmesser auszuführen, den der Kol­ benboden im Bereich der Schweißfuge hat, damit der Ringabschnitt über den Kol­ benbodenbereich zur Montage geschoben werden kann. Denn diese Montage ist bei bestimmten Bauarten von Kolben vorgegeben, da der Kolben untere Bereich, der dem Kolbenbodenbereich abgewandt ist und die Nabenbohrungen trägt, oft einen größeren Durchmesser hat als der Kolbenbodenbereich im Bereich der Schweißfu­ ge. Es ist jedoch denkbar, daß dann, wenn der Kolben untere Bereich einen kleine­ ren Durchmesser aufweist als der Innendurchmesser des Ringabschnittes im Be­ reich der Schweißfuge, daß dann der Ringabschnitt von unten über die Naben bis in den Kolbenbodenbereich gebracht wird und dort angeschweißt wird.

In Weiterbildung der Erfindung weist der Vorsprung des Basisteiles ein Plateau auf, daß zusammen mit einer Unterkante des Ringabschnittes die Stoßstelle bildet. Da­ durch kann sich der in Richtung des Vorsprunges gerichtete Bereich des Ringab­ schnittes an diesem Plateau abstützen, wodurch der Bereich der Stoßstelle nicht ge­ schwächt wird. Die Stoßstelle befindet sich in vorteilhafter Weise unterhalb aller Be­ reiche (also in dem Bereichs der vom Kolbenboden abgewandt ist) oder zwischen dem ersten und dem zweiten Ring. Auf jeden Fall ist damit sichergestellt, daß sich der Ringabschnitt an dem Basisteil abstützen kann, ohne daß dieser Bereich durch eine Schweißfuge geschwächt würde.

In Weiterbildung der Erfindung geht das Basisteil ist einen radialen Kolbenschaft über und die Stoßstelle befindet sich oberhalb des Kolbenschaftes. Damit ist die Er­ findung in vorteilhafter Weise auch bei einteiligen Kolben anwendbar.

Drei Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, auf die diese jedoch nicht beschränkt ist, sind im folgenden beschrieben und anhand der Figuren erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1: einen Kolben, bei dem der Ringabschnitt und das Basisteil einen Vor­ sprung aufweisen,

Fig. 2: einen Kolben, bei dem der Ringabschnitt auf einem Plato an einem Vor­ sprung des Basisteiles zur Anlage kommt und

Fig. 3: einen Kolben, bei dem der Ringabschnitt oberhalb eines Kolbenschaftes zur Anlage kommt.

Fig. 1 zeigt ausschnittsweise den Bodenbereich eines Kolbens für eine Brennkraft­ maschine. Es handelt sich hierbei um einen Pendelschaftkolben. Auf die übrige Bauart des Kolbens kommt es nicht an, wobei der Vollständigkeit halber auf den Aufbau eines Kolbens auf die Fig. 1 bzw. Fig. 2 nebst zugehöriger Beschreibung der DE 198 46 152 A1 verwiesen wird.

Der in Fig. 1 gezeigte Kolben weist ein Basisteil 1 auf, wobei im Bodenbereich eine Brennraummulde 2 vorhanden ist. Ein vorgefertigter Ringabschnitt 3, der später die Kolbenringe trägt, wird mittels eines Schweißverfahrens im Bereich einer radial um­ laufenden Schweißfuge 4 an dem Basisteil 1 angebracht. Weitere Schweißvorgänge sind nicht erforderlich. Der Ringabschnitt 3 weist einen Steg 5 auf, der in Richtung des Basisteiles 1 gerichtet ist. Das Basisteil 1 weist, wie in Fig. 1 gezeigt ist, einen Vorsprung 6 auf, wobei die Stirnseite des Vorsprunges 5 und die Stirnseite des Vor­ sprunges 6 im Bereich einer Stoßstelle 7 zur Anlage kommen, so daß sich in diesem Bereich der Ringabschnitt 3 an dem Basisteil 1 abstützt. Somit werden die auf den Ringabschnitt 3 wirkenden Kräfte über die Stoßstelle 7 in das Basisteil 1 eingeleitet. In vorteilhafter Weise liegen die Schweißfuge 4 und die Stoßstelle 7 in einer Flucht, so daß eine einfache Bearbeitung des Basisteiles 1 und des Ringabschnittes 3 ge­ geben ist. Außerdem ist dadurch gewährleistet, daß der Ringabschnitt 3 (bei Be­ trachtung der Fig. 1) von oben über den Kolbenbodenbereich in seine zu montie­ rende Position gebracht werden kann. Liegen diese geometrischen Verhältnisse vor, kann der Ringabschnitt 3 immer über den Kolbenbodenbereich montiert werden, un­ abhängig von der Bauart des Kolbens in dem der Kolbenbodenbereich abgewandten Bereich. Daneben ist es selbstverständlich denkbar, daß der Ringabschnitt 3 dann, wenn es die geometrischen Verhältnisse in dem dem Kolbenbodenbereich abge­ wandten Bereich es zulassen, der Ringabschnitt 3 von unten in seine zu montieren­ de Position gebracht wird.

Fig. 2 zeigt ausschnittsweise einen Kolben, bei dem das Basisteil 1 einen Vor­ sprung 6 aufweist, wobei sich der Ringabschnitt 3 auf dem Vorsprung 6 des Basi­ steiles 1 abstützt. Der Ringabschnitt 3 selber weist keinen Vorsprung auf. Bei der Konstruktion, die in Fig. 2 gezeigt ist, weist der Vorsprung 6 des Basisteiles 1 noch ein in Richtung des Ringabschnittes 3 gerichtetes Plateau 9 auf, so daß die radial umlaufende Stirnseite des Plateau 9 zusammen mit einer radial umlaufenden Unter­ kante des Ringabschnittes 3 die Stoßstelle 7 bildet. Dabei befindet sich bei Betrach­ tung der Fig. 2 die Stoßstelle 7 unterhalb aller Ringe oder zwischen dem ersten und dem zweiten Ring.

In Fig. 3 ist ein Kolben gezeigt, bei dem sich die radial umlaufende Unterkante 10 des Ringabschnittes 3 auf der radial umlaufenden Oberkante eines Kolbenschaftes 11 abstützt. Der Kolbenschaft 11 geht in das Basisteil über.

Claims (7)

1. Kolben für eine Brennkraftmaschine, wobei der Kolben zumindest aus einem Ba­ sisteil (1) aus geschmiedeten Stahl und einem daran angebrachten Ringabschnitt (3) besteht und das Basisteil (1) mit dem Ringabschnitt (3) einen Kühlkanal (8) bildet, wobei dem Kühlkanal (8) ein Kühlmedium zuführbar ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ringabschnitt (3) mittels eines Schweißverfahrens mit einer Schweißfuge (4) an dem Basisteil (1) angebracht ist und sich der Ringabschnitt (3) an einer Stoßstelle (7) an dem Basisteil (1) abstützt, wobei der Ringabschnitt (3) mittels Preß- oder Übergangspassung an dem Basisteil (1) im Bereich der Stoßstelle (7) zur Anlage kommt.

2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest an dem Ringabschnitt (3) ein in Richtung des Basisteiles (1) ausgerichteter Vorsprung (5) angeordnet ist, der sich an der Wandung des Basisteiles (1) abstützt.

3. Kolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißfu­ ge (4) in einer Flucht mit der Stoßstelle (7) angeordnet ist.

4. Kolben nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Vorsprung (5) des Ringabschnittes (3) an einem Vorsprung (6) des Basisteiles (1) abstützt.

5. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Ringabschnitt (3) mit seiner radial umlaufenden Unterkante (10) auf dem Vorsprung (6) abstützt.

6. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung (6) ein Plateau (9) aufweist, daß zusammen mit der Unter­ kante (10) des Ringabschnittes (3) die Stoßstelle (7) bildet.

7. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Basisteil (1) in einem radialen Kolbenschaft (11) übergeht und sich die Stoßstelle (7) oberhalb des Kolbenschaftes (11) befindet.