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Kolben, insbesondere für Brennkraftmaschinen.
Die Erfindung bezieht sich auf Kolben und insbesondere auf solche aus Aluminium oder Aluminium- legierungen, wie sie in Brennkraftmaschinen benutzt werden.
Bei aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen hergestellten Kolben, die in gusseisernen Zylindern laufen, treten Schwierigkeiten auf, welche auf den hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Aluminiums . zurückzuführen sind. Diese Schwierigkeiten können zum Klemmen des Kolbens im Zylinder führen.
Während nun ein Klemmen des Kolbens dadurch verhütet werden kann, indem man genügend Spiel- raum vorsieht, so wird doch anderseits hiedurch der Kolben bei niedrigeren Temperaturen zu lose in den
Zylinder passen, so dass der Kolben schlägt. Es wurde schon vorgeschlagen, den Mantel des Kolbens aus- dehnbar und zusammenziehbar zu machen, indem man ihn in verschiedener Weise schlitz ; dadurch werden aber die genannten Mängel nicht vollständig behoben, weil der Kolbenkopf notwendigerweise massivseinmussunddaherunnaehgiebigist. Allerdings sind am Kopfe die federnden Dichtungsringe ange- ordnet ; diese können aber den Kolbenkopf nicht gegen seitliches Ausschwingen während der Hin-und
Herbewegung schützen, da sie mit Spiel in ihren Nuten sitzen.
Der Kolben ist nun erfindungsgemäss derart ausgebildet, dass bei allen auftretenden Temperaturen eine fehlerfreie Führung des Kolbens gewährleistet wird, während gleichzeitig bei hohen Temperaturen eine Festsetzung oder eine Klemmung des Kolbens nicht eintreten kann.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt :
Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch den Kolben, Fig. 2 ist eine Unteransicht desselben, Fig. 3 ist ein
Querschnitt nach Linie 3-3 der Fig. 1, Fig. 4 ist ein Längsschnitt durch einen Kolben einer andern Aus- führungsform, Fig. 5 ist ein Längsschnitt durch einen Kolben einer weiteren Ausführungsform und Fig. 6 ist ein Querschnitt nach Linie 6-6 der Fig. 5.
Der Kolben besitzt einen Kopf 2 mit daran anschliessendem Mantel 3. Im Innern des Kolben- mantels J sind die Lager 4 für den Kolbenzapfen sowie Rippen 5 angeordnet. Der Kolbenkopf ist mit
Nuten zur Aufnahme von geschlitzten Kolbenringen 6 versehen. Der Zylinder ist mit 7 angedeutet.
In einer der Umfangsnuten ist ein Ring 8 angeordnet, wozu ein gewöhnlicher geschlitzter. Kolben- ring dienen kann, der aber in diesem Falle als Lagerring dient. Dieser Lagerring liegt erfindungsgemäss mit seinem inneren Umfang gegen die Enden einer Spreize 9 an, welche sich quer durch den Kopf des
Kolbens hindurch erstreckt, und welche durch eine Schraube 10 oder ein anderes Befestigungsmittel gehalten ist. Die Schraube 10 ist in einen Ansatz 11 des Kopfes hineingeschraubt, welcher von dem Kolben- kopf nach abwärts ragt. Die Enden dieser Spreize 9 sind abgedreht, u. zw. derart, dass der Krümmungs- mittelpunkt der bogenförmigen Enden in der Längsachse des Kolbens liegt. Die Enden dieser Spreize gehen mit geringem Spielraum lose durch die Kolbenwandung hindurch und stützen sich gegen den Lagerring 8, so dass dieser stramm in den Zylinder passt.
Die Spreize 9 wird vorzugsweise aus im wesentlichen nicht ausdehnbarem Metall, wie z. B. Invarstahl, hergestellt, jedoch kann sie auch aus einem Metall bestehen, welches denselben Ausdehnungskoeffizienten wie Gusseisen hat, in welchem Falle sie sich nicht mehr ausdehnt als der Zylinder, in welchem der Kolben arbeitet. Die Spreize kann die verschiedensten Formen haben und ist derart im Kolben angeordnet, dass ihre Längsachse mit der Achse des Kolbenzapfens einen Winkel von 90" einschliesst. Die Spreize kann jedoch auch einstellbar ausgebildet sein,
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Der in dieser Weise ausgebildete Kopf des Kolbens kann keine seitlichen Bewegungen mehr aus- führen, und selbst bei verschiedenen Temperaturen wird die Genauigkeit der Passung stets aufrechter- halten.
Man kann daher den Durchmesser des Kolbenkörpers so weit verringern, dass er auch bei hohen
Temperaturen im Zylinder nicht klemmt.
Während die Anordnung der Spreize 9 und des Lagergliedes 8 die genaue Passung des Kolben- kopfes aufrechterhält, so ist doch diese Anordnung nicht genügend, um ein Hin-und Herschwingen des ganzen Kolbens zu verhüten, sondern es muss auch der Kolbenmantel gegen das seitliche Ausschwingen geschützt werden. Dieses wird dadurch erreicht, dass der Durchmesser des Kolbenmantels in bekannter
Weise an bestimmten Stellen des Umfanges verringert wird.
Erfindungsgemäss erfolgt nun diese Verringerung des Durchmessers des Kolbenmantels an jenen
Teilen des Umfanges, die zwischen dem Druckdurchmesser und der Achse des Kolbenzapfens liegen (Fig. 1 bis 3). Der Kolbenmantel bleibt somit an den Stellen des Druckdurchmessers und der Kolbenzapfenenden in vollem Eingriff mit der Zylinderwandung. Die Verringerung des Durchmessers ist am Ende des Mantels am grössten und wird nach dem Kolbenkopf zu allmählich kleiner, derart, dass das Kopfende des Kolbens vollständig kreisrund ist. Die Herstellung dieser Form des Kolbenmantels erfolgt in bekannter Weise durch Abdrehen und Schleifen über einem entsprechenden unrunden und konisehen Dorn.
Im praktischen Betriebe wird der Kolben ferner noch in bekannter Weise etwas konisch gedreht, wobei der grösste Durchmesser sich an dem Ende des Kolbenmantels und der kleinste Durchmesser sich in der Nähe des Kolbenkopfes befindet. Der Unterschied in den Durchmessern und die Sehrägheit des
Konusses hängt von dem Durchmesser und der Länge des Kolbens sowie denjenigen Verhältnissen ab, welchen der Kolben während des Betriebes ausgesetzt ist. Diese Unterschiede können jedoch leicht durch praktische Versuche bestimmt oder sogar berechnet werden und liegen ungefähr in den Grenzen von
0'05-0'2 NMK. Die Sehrägheit des Durchmessers liegt ebenfalls zwischen diesen Grenzen.
Der Durch- messer des Kolbenmantels an dem äusseren Ende desselben, u. zw. an den Stellen 17-17 und 18-18 wird praktisch einige Tausendstel eines Millimeters grösser als die Bohrung des Zylinders gemacht für welchen der Kolben bestimmt ist. Der Durchmesser des Kolbenkopfes wird jedoch einige Hundertstel eines Milli- meters kleiner gemacht als. die Zylinderbohrung.
Wenn die Maschine kalt ist, dann liegt das Ende des Kolbenmantels mit den Stellen 17-17 und
18-18 gegen die Zylinderwandung, u. zw. findet der Eingriff selbstverständlicherweise entlang eines
Bogens statt und nicht etwa entlang einer einzigen Linie. Zwischen diesen Stellen 17-17 und 18-18 befinden sich die Stellen verringerten Durchmessers, wie die Fig. 2 zeigt. Wenn die Temperatur zunimmt und der Kolbenmantel sich ausdehnt, dann werden sich diese Spielräume mehr und mehr verringern, bis sie bei der höchsten auftretenden Arbeitstemperatur vollständig verschwunden sind, so dass der Kolben- mantel an allen Stellen mit der Zylinderwandung in Eingriff steht.
In der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform ist das Ende des Kolbenmantels mit einem zweiten
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Diese Schlitze ragen über das unterste Ende des Schlitzes 21 hinaus, um dem Kolbenmantel eine zusätzliche Nachgiebigkeit zu-verleihen. Hiedurch wird auch der Kolbenmantel in der Umfangsrichtung entlastet, und wenn man den normalen Kolbenmanteldurchmesser etwas grösser macht als die Zylinderbohrung, dann wird eine nachgiebige, jedoch stramme Passung bei niedrigen Arbeitstemperaturen erreicht, während bei grösseren Arbeitstemperaturen die Schlitze sich schliessen, wenn der Kolbenmantel sich ausdehnt, und so ein Festsetzen verhindert.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Kolben, insbesondere für Brennkraftmaschinen, dessen Kopf mit Dichtungsringen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ring (8) gegen eine im Innern des Kolbens angeordnete Spreize (9) anliegt, die eine thermische Ausdehnung des Kolbenkopfes gestattet und im wesentlichen denselben Ausdehnungskoeffizienten wie der Werkstoff des Zylinders hat.