Eine Spannungsanalyse des Kolbenkopfes auf photoelastischem Wege

Abstract

Die Steigerung der Leistung, wie sie in den vergangenen Jahren im Motorenbau immer weiter vorangetrieben wurde, hat die Notwendigkeit mit sich gebracht, auch den Kolbenkopf noch rationeller zu konstruieren. Deshalb ist es heute unerläßlich, daß man sich eine möglichst genaue Kenntnis von den durch Gasdruck und Verbrennungswärme erzeugten Spannungen sowie vom Einfluß der Kolbenkopfform auf die Entstehung dieser Spannungen verschafft. In der vorliegenden Arbeit wird über die Ergebnisse berichtet, die unter Anwendung des photoelastischen Spannungsanalyse-Verfahrens bei den von uns durchgeführten Untersuchungen ermittelt wurden. Durch Kombination von Zylinder und kreisrunder Platte wurde ein Kolbenkopf als vereinfachtes Modell dargestellt und die Wirkung der inneren Ausrundungen und Hohlkehlen untersucht, ebenso für eine Reihe praktischer Kolbenmodelle mit verschiedenen Innenformen der durch diese Formen bedingte Unterschied in der Spannungsverteilung. Die Analyse der Spannungen aufgrund des Gasdruckes wurde mittels Spannungseinfrierungsmethode durchgeführt, die Analyse der Wärmespannungen durch zweidimensionale Versuche und mittels des auf der PQ-Sandwich-Methode beruhenden photoelastischen Verfahrens. Als Ergebnis dieser Spannungsanalyse konnte das Ausmaß der von der Größe des Hohlkehlradius abhängigen Spannungskonzentration und der Festigkeit der Kolbenstirnseite, sowie die von den unterschiedlichen Kolbenformen in den praktisch laufenden Maschinen abhängigen Spannungsverteilung geklärt werden. Durch hypothetische Schlußfolgerungen konnten die Werte des Kolben-Spannungsniveaus im jeweiligen laufenden Motor angegeben werden.