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Kolben, insbesondere Leichtmetallkolben für Verbrennungskraftmaschinen.
Kolben für Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere solche Kolben, die aus Legierungen aus Aluminium und Magnesium bestehen, müssen wegen der grossen Wärmeausdehnung dieser Baustoffe mit sehr viel Spiel im Durchmesser gegenüber der Zylinderwand ausgeführt werden, um bei hoher Drehzahl und starker Erwärmung ein Festfressen zu verhüten. Dieses grosse Spiel ermöglicht es, dass der Kolben im Betriebe im kalten Zustande sich seitlich bewegen kann, u. zw. tritt diese Bewegung fast ausschliesslich senkrecht zum Kolbenbolzen ein. Dies verursacht ein klapperndes Geräusch und bringt eine grosse Abnützung des Kolbens und der Zylinderbahn mit sich.
Am oberen Teil des Kolbens werden die Bewegungen gedämpft durch die Kolbenringe, die eine lose Verbindung zwischen Zylinder und Kolben schaffen.
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u. zw. derart, dass der Durchmesser des Kolbens senkrecht zum Kolbenbolzen grösser ausgeführt wird wie in der Richtung der Kolbenbolzenachse. Der Kolbenmantel wurde hiebei elastisch ausgeführt, so dass er bei Erwärmung sich an die Zylinderwand anpressen konnte. Diese Konstruktionen haben den Nachteil, dass sie, um ein Anschmiegen an der Zylinderwand zu gewährleisten, zu schwach ausgeführt werden müssen und trotzdem unzulässige Anpressungsdrücke an der Zylinderwand erzeugen.
Gegenstand der Erfindung ist eine Konstruktion, bei der in kaltem Zustande eine Deformation und Spannung im Kolben hervorgerufen wird, die bei Erwärmung des Kolbens verschwindet, wodurch bewirkt wird, dass das Spiel des Kolbens gegenüber der Zylinderwand senkreeht zum Kolbenbolzen für den warmen und kalten Kolben annähernd gleich bleibt.
Fig. 1 der Zeichnung zeigt einen Kolben re. in den mit konischem Gewinde ein Ring eingeschraubt ist. Das Gegengewinde im Kolben für den Ring b ist jedoch nieht über dem ganzen Umfange durchgeführt. sondern es sind Teile des Gewindes, u. zw. vollständig an den Kolbenbolzenaugen und zweckmässig teilweise auch an den Stellen senkreeht zur Kr Ibenbolzpnachse ausgefräst, so dass nur die Erhöhungen c in Fig. 5-10 stehen bleiben, die sich gegen den Ring b pressen. Die Ausfräsungen können zweckmässig auch so ausgeführt werden, dass nicht an jeder Seite wie in Fig. 5 zwei Zacken stehen bleiben, sondern nur ein einzelner Zacken bzw. eine Anlagefläche des Gewindes über einen Teil der Kolbenbreite.
Der Zweck dieser Konstruktion ist folgender : Der Kolben wird mit normalem Spiel, wie notwendig, hergestellt, und es wird der Ring b mit Hilfe des konischen Gewindes so weit eingeschraubt, dass eine Deformierung des Kolbens entsteht, wie dies in Fig. 6 schematisch in übertriebenem Masse dargestellt ist. Der Kollbendurchmesser wird dadurch in der Richtung der Achse a-a grösser wie der Richtung b-b.
Dies bringt mit sich, dass das Spiel im kalten Zustande in der Richtung a- (t zur Zylinderwand kleiner wird und damit seitliche Bewegungen des Kolbens verhindert werden. Der eingesetzte Ring b wird zweckmässig aus einem Material hergestellt, das eine geringe spezifische Wärmeausdehnung besitzt. Dadurch und auch aus dem Grunde, weil der Ring b besser belüftet ist und mit dem Kolben nur in loser Verbindung steht, wird die Ausdehnung des Ringes b kleiner sein wie die Ausdehnung des Kolbens. Zweckmässigerweise wird man den Ring aus Gusseisen herstellen, da Gusseisen die Eigenschaft besitzt, seine ursprungliche Form nicht zu ändern.
Es wird daher bei Erwärmung des Kolbens der Ring b sich von der Kolben-
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wand ein wenig ablösen, so dass der Kolben die Möglichkeit hat, in seine runde Form zurückzukehren, und er wird in heissem Zustande seine ganz normale Form annehmen und wie ein normal hergestellter Kolben arbeiten.
Es ist natürlich auch möglich, dass der Ring bei Abnutzung des Kolbens dazu benutzt werden kann, den Kolben durch Anspannen zu deformieren und ihn zur Anlage an die Zylinderwand zu bringen und auf diesem Wege die Kolben auch dann noch verwenden zu können, wenn sie bei normaler Ausführung durch zu grosses Spiel unbrauchbar wären. Die Einsetzung des Ringes muss nicht mit Gewinde erfolgen. sondern er kann auch stramm eingepresst werden, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Zweckmässigerweise können, wie gezeichnet, zwei oder mehrere Ringe oder, wie in Fig. 4 dargestellt, Stützen s verwendet werden. Die Ausführung mit Stützen, wie in Fig. 4, hat den Vorteil, dass der notwendige Druck zur Deformation des Kolbens mit kleinen Querschnitten des eingesetzten Teiles erreicht werden kann und somit die Konstruktion leichter wird.
Um die Deformation des Kolbens zu erleichtern, ist es unter Umständen zweckmässig, die untere Bahn des Kolbens von seinem oberen Teil zu trennen und beide können entweder fest aus einem Stück
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sich frei bewegen kann. Die Verbindung von t mit cl kann auch durch Verschrauben erfolgen, wie in Fig. 3 angedeutet.
Die Fig. 8-10 zeigen eine besondere Ausführung der Erfindung. Da bei bestimmten Materialien gegebenenfalls zu befürchten ist, dass bei Erwärmung des Kolbens die Deformation auch dann noch vorhält, wenn sich der Ring ablöst, so ist es zweckmässig, den Kolben, wie in Fig. 8 gezeichnet, so herzu- stellen, dass sein Durchmesser in der Achse des Kolbenbolzens b-b grösser ist wie senkrecht dazu in der Achse a-a. In Fig. 9 ist gezeigt, wie der Kolben im kalten, Zustande soweit deformiert wird, dass der Durchmesser a- < : grösser wird wie b-b. Fig. 10 zeigt den Kolben im warmen Zustande und es wird die durch den Ring gegebenenfalls hervorgerufene bleibende Deformation aufgehoben durch die von vornherein ovale Herstellung, wie Fig. 8 zeigt.
Die Wahl der Zacken c kann derart erfolgen, dass die Deformation des Kolbens eine für die Anlage an den Zylinder günstige Form annimmt. Die richtige Deformation des Kolbens beim Verspannen kann
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mantel unterstützt oder zweckmässig gestaltet werden.
Die Einsetzung der Deformationsteile kann zweckmässigerweise so erfolgen, dass der Kolben mit richtigem Spiel fertiggestellt wird, die Deformationsteile so hergestellt werden, dass sie in den Kolben dann genau passen, wenn er erwärmt wird. Bei der Abkühlung wird der Kolben dann in der Richtung senkrecht zur Kolbenbolzenachse grösseren Durchmesser haben wie in der Richtung der Kolbenbolzenachse. Bei Einsetzung der Stützen wird man zwischen Kolben und Stützen einen Temperaturunterschied
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erzielen und das elastische Nachgeben der Verspannungsteile auszugleichen.
PATENT-ANSPRUCHE :
1. Kolben, insbesondere Leichtmetallkolben für Verbrennungskraftmaschinen mit Einrichtung zum Verhindern des Klappeins durch Vergrösserung des Kolbendurchmessers senkrecht zur Kolbenbolzenachse, dadurch gekennzeichnet, dass in den Kolben ein oder mehrere Ringe (b) oder Stützen (s) eingesetzt sind, die an gegenüberliegenden Teilen des Kolbenmantels angreifen, wodurch der Kolben eine umunde Form erhält, die bei Erhitzung des Kolbens verschwindet.
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Pistons, in particular light metal pistons for internal combustion engines.
Pistons for internal combustion engines, especially those made from alloys of aluminum and magnesium, have to be designed with a lot of play in the diameter in relation to the cylinder wall due to the large thermal expansion of these building materials in order to prevent seizing at high speed and high temperatures. This large game allows the piston to move laterally when cold in operation, u. between this movement occurs almost exclusively perpendicular to the piston pin. This causes a rattling noise and brings with it a great deal of wear on the piston and the cylinder path.
At the top of the piston, the movements are dampened by the piston rings, which create a loose connection between the cylinder and piston.
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u. between. In such a way that the diameter of the piston perpendicular to the piston pin is made larger than in the direction of the piston pin axis. The piston skirt was made elastic so that it could press against the cylinder wall when heated. These constructions have the disadvantage that they have to be made too weak in order to ensure that they nestle against the cylinder wall and nevertheless generate impermissible contact pressures on the cylinder wall.
The subject of the invention is a construction in which in the cold state a deformation and tension is caused in the piston, which disappears when the piston heats up, whereby the play of the piston against the cylinder wall is approximately perpendicular to the piston pin for the warm and cold piston remains the same.
Fig. 1 of the drawing shows a piston re. A ring with a conical thread is screwed into it. The mating thread in the piston for the ring b is not carried out over the entire circumference. but there are parts of the thread, u. between completely milled out on the piston pin bosses and expediently partially also at the points perpendicular to the piston pin spindle, so that only the elevations c in Fig. 5-10 remain, which press against the ring b. The millings can expediently also be designed in such a way that two prongs do not remain on each side as in FIG. 5, but only a single prong or a contact surface of the thread over part of the piston width.
The purpose of this construction is as follows: The piston is manufactured with normal play, as necessary, and the ring b is screwed in with the help of the conical thread so far that the piston is deformed, as shown in Fig. 6 schematically in exaggerated form Mass is shown. The diameter of the tube becomes larger in the direction of the axis a-a than in the direction b-b.
This means that the play in the cold state in the direction a- (t to the cylinder wall is smaller and thus lateral movements of the piston are prevented. The inserted ring b is expediently made of a material that has a low specific thermal expansion And also for the reason that the ring b is better ventilated and is only loosely connected to the piston, the expansion of the ring b will be smaller than the expansion of the piston. The ring will expediently be made of cast iron, since cast iron has the property possesses not to change its original form.
Therefore, when the piston is heated, the ring b moves away from the piston
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remove the wall a little, so that the flask has the opportunity to return to its round shape, and when hot it will assume its normal shape and work like a normally manufactured flask.
It is of course also possible that the ring can be used when the piston is worn to deform the piston by tightening and to bring it to rest against the cylinder wall and in this way to be able to use the piston even if it is normal Execution would be unusable due to too large a game. The insertion of the ring need not be threaded. but it can also be pressed in tightly, as shown in FIG. Appropriately, as shown, two or more rings or, as shown in FIG. 4, supports s can be used. The embodiment with supports, as in FIG. 4, has the advantage that the pressure required to deform the piston can be achieved with small cross-sections of the inserted part and thus the construction becomes lighter.
In order to facilitate the deformation of the piston, it may be useful to separate the lower track of the piston from its upper part and both can either be solidly made in one piece
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can move freely. The connection of t with cl can also take place by screwing, as indicated in FIG. 3.
Figs. 8-10 show a particular embodiment of the invention. Since with certain materials it may be feared that when the piston is heated, the deformation will still exist even if the ring becomes detached, it is expedient to manufacture the piston, as shown in FIG. 8, so that its diameter in the axis of the piston pin bb is larger than perpendicular to it in the axis aa. In Fig. 9 it is shown how the piston in the cold state is deformed to such an extent that the diameter a- <: becomes larger than b-b. FIG. 10 shows the piston in the warm state and the permanent deformation possibly caused by the ring is canceled by the oval production from the start, as FIG. 8 shows.
The teeth c can be selected in such a way that the deformation of the piston assumes a shape that is favorable for the contact with the cylinder. The correct deformation of the piston when bracing can
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coat supported or designed appropriately.
The insertion of the deformation parts can expediently take place in such a way that the piston is completed with the correct clearance, the deformation parts are manufactured in such a way that they then fit exactly into the piston when it is heated. When cooling down, the piston will then have a larger diameter in the direction perpendicular to the piston pin axis than in the direction of the piston pin axis. When inserting the supports, there will be a temperature difference between the piston and the supports
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achieve and compensate for the elastic yielding of the bracing parts.
PATENT CLAIMS:
1. Pistons, in particular light metal pistons for internal combustion engines with a device to prevent folding by increasing the piston diameter perpendicular to the piston pin axis, characterized in that one or more rings (b) or supports (s) are inserted into the piston, which are located on opposite parts of the piston skirt attack, giving the piston a rounded shape that disappears when the piston is heated.