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Leichtmetallkolben für Breiinkraftmasehiiien.
Die Erfindung betrifft eine Bauart von Kolben für Brennkraftmaschinen und hat hauptsächlich den Zweck, die im Betriebe an solchen Kolben auftretenden Formänderungen zu vermindern. Dadurch wird der Druck und die Reibung zwischen Kolbenschaft und Zylinderwand verringert, ein Verschleissen und Fressen hintangehalten und der Wirkungsgrad erhöht. Dazu kommt, dass die geringere im Betriebe auftretende Formänderung gestattet, den Kolben von vornherein mit geringerem Spiel einzupassen, was bessere Abdichtung, Verminderung des Klapperns und die sich daraus ergebenden Verbesserungen von Betriebstüchtigkeit und Wirkungsgrad zur Folge hat. Zugleich ergibt sich die Anwendbarkeit einer einfachen, genau runden Bauart, eine geringere Beanspruchung sowohl des Kolbenbodens wie der übrigen Teile, damit eine geringere Wandstärke und ein leichteres Gewicht.
Es sind noch weitere Vorteile vorhanden, wie z. B. auch ein geringerer Ölverbrauch.
Gemäss der Erfindung werden diese wichtigen Fortschritte durch eine neue und eigentümliche
Anordnung der Rippen erzielt, die den Kolbenboden mit den Bolzenaugen verbinden und nach einer zweckmässigen Ausführungsform die einzige Verbindung zwischen diesen beiden Teilen darstellen. Diese eigentümliche Anordnung besteht darin, dass die Rippen lotrecht vom Kolbenboden nach den Bolzenaugen verlaufen und dabei mit ihrer Breitseite etwa parallel zu den Endflächen der Bolzenaugen und in unmittelbarer Nähe der Endflächen liegen. Zwischen dem Kolbenmantel am Bolzenauge und diesen Rippen entsteht dabei ein trennender Raum.
Die Bolzenaugen sind an ihren inneren Enden mit den lotrechten, den Kolbenboden stützenden Rippen verbunden, an ihren äusseren Enden mit dem Kolbenmantel, der eine glatten Zylinder bildet, der weder durch Rippen noch durch Lenkschlitze unterbrochen ist. Von dem Zylinderkopfe ist der Kolbenmantel durch einen Schlitz getrennt, der zweckmässig auf seinem ganzen Umfange zwischen Bolzenauge und Kolbenboden, z. B. unterhalb der Kolbenringpartie, verläuft.
Es sind bereits Kolben bekannt, bei denen Rippen vom Kolbenboden nach den Bolzenaugen angebracht sind. In fast allen bekannten Fällen laufen aber diese Rippen vom Mantel ausgehend mehr oder weniger radial in Richtung zur Kolbenachse und sind mit ihrer Schmalseite mit dem an dieser Stelle niemals geschlitzten Kolbenmantel vergossen. Sie treffen das Bolzenauge vorzugsweise an dem nach dem Mantel zu liegenden Ende. Das letztere trifft auch für diejenigen bekannten Kolbenbauarten zu, welche Rippen besitzen, die nicht an dem Kolbenmantel angegossen sind. Bei diesen verlaufen die Rippen vom Kolbenboden aus schräg nach aussen, übertragen den Druck auf das Bolzenauge und den Schaft in der Nähe des Umfanges und bewirken ein Spreizen des Schaftes, der dabei geschlitzt ausgeführt wird.
Demgegenüber bildet die vorliegende Erfindung schon insofern einen wesentlichen Fortschritt, als die Schlitzung des Schaftes unnötig wird und dieser geschlossen und infolgedessen bei hinreichender Festigkeit mit viel geringerer Wandstärke ausgeführt wird. Dazu kommt, dass die Spreizung und die mit derselben verknüpfte Übertragung starker Druckkräfte auf die Gleitbahn des Kolbens vermieden wird. Schliesslich trägt auch die erwähnte Anordnung der Rippen und ihr bogenförmiger Querschnitt zu der vorteilhaften Wirkung bei.
Die Fig. 1 zeigt einen Kolben gewöhnlicher Bauart im Längsschnitt, die Fig. 2 einen Kolben gemäss der Erfindung im Längsschnitt ; die Fig. 3 zeigt einen mit Rippen bekannter Art versehenen Kolben im Querschnitt, die Fig. 4 einen Kolben gemäss der Erfindung im Querschnitt durch den Schlitz. a ist der Kolbenkörper, b der Kolbenbolzen, c das obere Ende der Schubstange ; die Rippen gemäss der Erfindung sind mit d, d bezeichnet ; sie laufen in ungefähr rechteckigem Querschnitt lotrecht vom
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bzw. der Bolzenaugenabstand.
Die schädlichen Formänderungen des Kolbens haben zwei verschiedene Ursachen, die zwar zu einer Gesamtwirkung zusammenwirken, aber der Übersichtlichkeit halber zunächst gesondert betrachtet werden sollen. Diese Ursachen sind die Erwärmung und die Eraftbeanspruchung des Kolbens.
Die Kraftbeanspruchung geht von dem Druck der Verbrennungsgase auf die Oberseite des Kolbenbodens aus. Die Kraftlinien verlaufen dann, wie die Pfeile in Fig. 1 zeigen, und münden schliesslich in den Kopf der Schubstange, wo sie zum Antrieb der Kurbelwelle weitergeleitet werden. Dort. wo die
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zur Folge haben, welche in übertriebener Darstellung durch die gestrichelten Linien e, e dargestellt ist.
Wie man aus Fig. 1 ersieht, besteht bei bekannten Bauarten die Formänderung im wesentlichen aus einer Einbeulung des Kolbenbodens und einer Aufspreizung des Kolbenseliaftes in Richtung der Bolzenachse. Das letztere ist, wie aus den obigen Darlegungen hervorgeht, besonders schädlich. Aus Fig. 2, in
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verlaufen und nur geringfügige Biegungsspannungen entstehen, die ausserdem ohne Einfluss auf den Kolbenschaft sind.
Ähnlich verhält es sich mit den Formänderungen durch Wärme, die auch vom Kolbenboden ausgeht. Infolge der vollständigen Trennung des Mantels zwischen Kolbenboden und Bolzenaugen wird nur wenig Wärme von ersteren auf die letzteren und den Schaft übertragen. Der wesentliche Teil der Wärme
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geleitet wird, mündet am Bolzenauge in einiger Entfernung vom Schaft und bedingt nur eine geringfügige Erwärmung desselben, der sich deshalb nicht viel ausdehnt und verzerrt.
Aus Fig. S geht hervor, dass diese Vorteile auch von der bisher bekannten Bauart mit Rippen welche mit dem Mantel vergossen sind, nicht erreicht werden. Hier ergeben die mechanischen Kräfte immer noch erhebliche Biegungsmomente, und es ist eine erhebliche Wärmeleitung zum Kolbenschaft möglich. Das gleiche gilt annähernd auch für andere bekannte Rippenanordnungen.
Gemäss einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird das Auftreten von Biegungs-und Wärme- spannungen noch weiter dadurch hintangehalten, dass unterhalb des Kolbenbodens ein ringförmiger Wulst g angegossen ist. der die beiden senkrecht zum Bolzenauge laufenden Rippen verbindet und diese. den Kolbenboden und die Verbindung beider versteift.
Die Rippen sind so gekrümmt, dass ihre Querschnitte Kreisringsegmente bilden. Dabei ergibt
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der Mitte zwischen Aussenrand und Mittelpunkt abgestützten Träger darstellt. Dies gestattet bei gleicher Steifigkeit und Festigkeit eine leichtere Ausführung, die mittelbar weitere Betriebsvorteile hat. Dazu kommt, dass die Rippen mit gewölbtem Querschnitt besonders hohe Steifigkeit und Festigkeit haben.
Die Herabminderung der Formänderung des Kolbenseliaftes gibt die Möglichkeit, auf Komplikationen und Kunstgriffe zu verzichten, durch die bei den früheren Bauarten ein Festfressen der um die Bolzenaugen liegenden Schaftmantelteile vermieden werden soll. Dazu gehört die Ausführung von Schlitzen, Fenstern, Eindrehungen u. a. m. Alle diese Hilfsmittel unterbrechen die genaue Kreiszylinderform des Schaftes und geben Gelegenheit zum Eindringen von Öl und Festsetzen von Ölkohle. Damit sind weitere Nachteile, wie stärkerer Ölverbrauch, grössere Beanspruchung der verbleibenden Tragflächen und anderes mehr, verbunden, die durch die vorliegende Erfindung beseitigt werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen, dessen Mantel vom Boden durch einen den Umfang durchbrechenden Quersehlitz getrennt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bolzenaugen an ihren äusseren Enden mit einem unverrippten und ungeschützten Mantel, an ihren inneren Enden mit
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