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Leichtmetallkolben.
Leichtmetallkolben kamen für Dieselmotoren erst zur Verwendung, als die Drehzahlen dieser Motoren derart gesteigert wurden, dass die bei Verwendung von schweren Graugusskolben auftretenden Massenkräfte nicht mehr beherrscht werden konnten. Im Gegensatz zu Vergasermaschinen war die bessere Wärmeleitfähigkeit der Leichtmetall dabei störend, weil ja zur Selbstzündung des BrennstoffLuft-Gemisches eine Temperatur von gewisser beträchtlicher Höhe erforderlich ist.
Dabei wurde jedoch die in der Nähe der Einspritzstelle erforderliche sehr hohe Temperatur dem Kolbenboden bereits gefährlich, weil die heute zur Verfügung stehenden Leichtmetall bei solch hohen Temperaturen durchweg bereits in ihren Festigkeitseigenschaften derart nachlassen, dass Durchbrennen befürchtet werden muss.
Gemäss der Erfindung ist es jedoch gelungen, die für die Selbstzündung des Gemisches erforderliche hohe Temperatur aufrechtzuerhalten, ohne'dass sie dem Leichtmetallkolben gefährlich wird. Zu diesem Zweck wird in der mittleren Zone des Kolbenbodens eine Platte aus Schwermetall von auch bei hohen Temperaturen guten Festigkeitseigenschaften und von gleichem oder annähernd gleichem Wärmeausdehnungskoeffizienten wie das Leichtmetall des Kolbens selbst angeordnet, u. zw. fest und ohne Spielraum mit dem Kolbenboden verbunden, zweckmässig in ihn eingegossen. Diese Platte wird vorteilhaft nach Art einer Krone gestaltet, derart, dass Vorsprünge oder Arme in das Leichtmetall des.
Kolbenbodens hineingreifen, und sie wird durch in dem Kolbenboden eingebettete Arme mit einem ebenfalls aus Schwermetall bestehenden ringförmigen Kolbenringträger verbunden.
In dieser Anordnung schützt die Platte das Leichtmetall des Kolbenbodens an der am meisten gefährdeten Stelle vor Überhitzung. Obwohl die Schwermetallplatte geringere Wärmeleitfähigkeit besitzt als das Leichtmetall des Kolbenkörpers, tritt keine Wärmestauung zwischen Platte und Kolbenboden auf, da die innige Berührung zwischen Platte und Kolben eine gute Wärmeabführung bewirkt, u. zw. bei allen Betriebstemperaturen, weil dem Werkstoff der Platte annähernd der gleiche Wärmeausdehnungskoeffizient gegeben worden ist, den auch das Leichtmetall des Kolbens besitzt.
Ferner macht die Anwendung dieser Platte es möglich, am Kolbenboden eine beliebige Betriebstemperatur zu schaffen, die zwischen derjenigen liegt, die bei einem Graugusskolben, und derjenigen, die bei einem einfachen Leichtmetallkolben auftreten würde, je nachdem man die Dicke der Platte wählt.
Dies ist von ausserordentlicher Bedeutung, da je nach Kolbendurchmesser, Höchstdrehzahl und ver- wendetem Brennstoff (Gasöl, Teeröl u. dgl. ) die Kolbenbodentemperatur verschieden sein muss. Ist die Temperatur zu nieder, so dass Selbstzündung nicht oder nur schwer auftritt, so kann man die Bodenplatte verhältnismässig dick machen, so dass eine langsamere Wärmeabgabe an den Leichtmetallkolben stattfindet.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist auf der Zeichnung dargestellt, die einen aus dem Kolben ausgeschnittenen Sektor in schaubildlicher Darstellung zeigt.
Der Kolbenboden a besteht, wie der Kolben selbst, aus Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung. In der mittleren Zone des Kolbenbodens ist eine Platte b von den obenerwähnten Eigenschaften eingefügt, u. zw. vorzugsweise eingegossen.
Als Schwermetall für die Schutzplatte stehen mehrere Grauguss-und Bronzelegierungen zur Verfügung, z. B. Grauguss mit etwa 3% Gesamtkohlenstoff, Nickel etwa 12%, Kupfer etwa 5% Mangan etwa 1%, Silizium etwa 2%, Chrom etwa 1'5%.
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Vorsprünge, Arme oder Zacken c der Platte b greifen in das Metall des Kolbenbodens'a hinab.
Zwecks besonders guter Wärmeabführung ist die Platte b mittels Arme d mit einem ebenfalls aus Schwermetall bestehenden Kranz e verbunden, der in entsprechender Ausdrehung einen oder mehrere
Kolbenringe aufnimmt.
PATENT-ANSPRÜCHE : 1. Leichtmetallkolben mit einer Schutzplatte aus Schwermetall im Kolbenboden, insbesondere für Dieselmotoren, dadurch gekennzeichnet, dass im Kolbenboden eine nur die mittlere Zone des Kolben- bodens einnehmende Platte aus Schwermetall von auch bei hohen Temperaturen guten Festigkeits- eigenschaften und von mindestens annähernd gleichem Wärmeausdehnungskoeffizienten wie das Leicht- metall fest und ohne Spielraum eingefügt ist.
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Light alloy pistons.
Light metal pistons were only used for diesel engines when the speeds of these engines were increased to such an extent that the inertia forces that occurred when using heavy gray cast iron pistons could no longer be controlled. In contrast to carburetor machines, the better thermal conductivity of the light metal was a problem, because a temperature of a certain considerable height is necessary for the self-ignition of the fuel-air mixture.
However, the very high temperature required for the piston crown in the vicinity of the injection point was already dangerous because the strength properties of the light metals available today decrease to such an extent at such high temperatures that burnout must be feared.
According to the invention, however, it has been possible to maintain the high temperature required for spontaneous ignition of the mixture without it becoming dangerous to the light metal piston. For this purpose, a plate made of heavy metal of good strength properties even at high temperatures and of the same or approximately the same coefficient of thermal expansion as the light metal of the piston itself is arranged in the middle zone of the piston head, u. between firmly and without clearance connected to the piston crown, expediently poured into it. This plate is advantageously designed in the manner of a crown, so that projections or arms in the light metal of the.
Reach into the piston crown, and it is connected by arms embedded in the piston crown to an annular piston ring carrier also made of heavy metal.
In this arrangement the plate protects the light metal of the piston crown from overheating at the most vulnerable point. Although the heavy metal plate has a lower thermal conductivity than the light metal of the piston body, no heat build-up occurs between the plate and the piston crown, since the intimate contact between the plate and the piston causes good heat dissipation, u. at all operating temperatures, because the material of the plate has been given approximately the same coefficient of thermal expansion as the light metal of the piston.
Furthermore, the use of this plate makes it possible to create any operating temperature on the piston crown, which is between that which would occur with a gray cast iron piston and that which would occur with a simple light metal piston, depending on the thickness of the plate selected.
This is extremely important, as the piston crown temperature must be different depending on the piston diameter, maximum speed and fuel used (gas oil, tar oil, etc.). If the temperature is too low, so that self-ignition does not occur or occurs only with difficulty, the base plate can be made relatively thick so that a slower heat transfer to the light metal piston takes place.
An embodiment of the subject matter of the invention is shown in the drawing, which shows a sector cut out of the piston in a perspective view.
The piston crown a consists, like the piston itself, of light metal or a light metal alloy. In the middle zone of the piston head a plate b is inserted with the properties mentioned above, u. between. Preferably poured.
Several gray cast iron and bronze alloys are available as heavy metals for the protective plate. B. gray cast iron with about 3% total carbon, nickel about 12%, copper about 5%, manganese about 1%, silicon about 2%, chromium about 1'5%.
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Projections, arms or prongs c of the plate b reach down into the metal of the piston crown a.
For the purpose of particularly good heat dissipation, the plate b is connected by means of arms d to a ring e, which is also made of heavy metal and which has one or more in a corresponding recess
Receives piston rings.
PATENT CLAIMS: 1. Light metal piston with a protective plate made of heavy metal in the piston crown, in particular for diesel engines, characterized in that in the piston crown a plate made of heavy metal, which only occupies the middle zone of the piston crown, has good strength properties even at high temperatures and of at least approximately the same coefficient of thermal expansion as the light metal is inserted firmly and without any leeway.