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Gleitschuhkolben, insbesondere für Brennkraftmasehinen.
Zum Ausgleich der erhöhten Temperaturausdehnung von Leichtmetallkolben sind eine Reihe von Kolbenkonstruktionen vorgeschlagen, mit Hilfe deren die Temperaturausdehnung des Materials herabgesetzt bzw. ausgeglichen werden soll. So wurde versucht, durch Trennung von Kolbenkopf und Kolbenschaft und gleichzeitige Verwendung von Aluminium für den Kolbenkopf bzw. Schwermetall für den Kolbenschaft die Schwierigkeit zu umgehen. Dabei entstanden jedoch neue Nachteile aus der Verbindung dieser beiden verschiedenartigen Metalle. Auch das Eingiessen von Stahlstreifen mit geringer Wärmeausdehnung in den Kolbenschaft befriedigt noch nicht allgemein.
Man hat dann weiter versucht, den tragenden Kolbenschaftteil durch Querschlitze von der unmittelbaren Verbindung mit dem Kolbenkopf zu lösen und lediglich durch rippenartige Versteifungen mit den Kolbenbolzenaugen zu verbinden.
Dabei wird die grössere Temperaturdehnung des Kolbenkopfes dazu benutzt, den Kolbenmantel in Richtung des Kolbenbolzens auszudehnen, um so den gegenseitigen Abstand der tragenden Kolbenschaftteile bei allen Betriebstemperaturen annähernd konstant zu halten. So wurde vorgeschlagen, den Kolbenschaft nur noch aus den Gleitschuhflächen bestehen zulassen. Hiebei ist allerdings wiederum die Verbindung der Gleitschuhflächen mit den Kolbenbolzenaugen nur durch eine schmale Rippe sichergestellt, während unterhalb der Kolbenbolzenaugen die Gleitschuhflächen erweitert und nur durch einen schmalen Schlitz voneinander getrennt sind. Diese Konstruktion ergibt unvermeidlich starke Durchbrechungen des Kolbenmantels, so dass nach verhältnismässig kurzer Betriebszeit ein hoher Ölverbrauch entsteht.
Ferner sind auch Gleitschuhkolben bekannt, bei denen an den beiden Druckseite besondere Gleitstücke nachstellbar und auswechselbar angeschraubt sind. Diese Gleitstücke sollten überhaupt keine starre Verbindung mit dem Kolbenmantel zeigen, sondern durch Federn elastisch einstellbar bleiben. Diese Ausführungsform hat sich in der Praxis nicht einführen können. Es ist weiterhin der Vorschlag gemacht worden, die Kolbenbolzenaugen nur mit dem Kolbenkopf zu verbinden und im Zusammenhang damit zwei konzentrische Mantelteile anzuordnen, von denen der innere Ring mit den Kolbenbolzenaugen und der äussere Ring durch um 900 versetzte Verbindungsrippen mit dem inneren Ring verbunden ist. Derartige Kolben kann man aber nicht als Gleitschukolben ansprechen.
Insbesondere lässt sich mit ihnen eine sehr wichtige Forderung nicht erfüllen, das ist ein gewisses federndes Nachgeben der Druckseite insbesondere an den Auflagestelle im Betrieb.
Die zurzeit geltenden Anschauungen über die Konstruktion von Leichtmetallkolben erstreben eine ovale Form des Kolbens, bei der die kleinere Achse mit der Kolbenachse zusammenfällt, bei der aber gleichzeitig die Kolbenbolzenaugen rippenartig mit dem Kolbenkopf verbunden sind, um im Betrieb sich ausdehnen zu können. Die Folge einer solchen Ausdehnung ist ein gewisses Zurückfedern der in der grösseren Achse des Ovals liegenden tragenden Mantelteile. Auf diese Weise wird eine dem hohen Ausdehnungskoeffizienten der Aluminiumlegierungen entsprechende Ausdehnung des Kolbens im Betrieb bei höheren Temperaturen vermieden. Es wird aber gleichzeitig das Bestreben sein müssen, trotz der durch diese Spannungen entstehenden Verzerrung des Kolbenumfanges ein möglichst kreisförmiges, dem Zylinderspiegel entsprechendes Segment als tragendes Gleitstück beizubehalten.
Man hat versucht, die Lösung dieses Problems auch durch einfache Schlitze zu erreichen, welche die gleitenden Mantelteile von den übrigen abtrennen. Hiebei wird jedoch gerade auch die durch das Wachsen der Kolbenbolzenachse bedingte Zurückfederung der Druckseite verhindert.
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Gegenstand der Erfindung ist nun eine Verbesserung derartiger Gleitschuhkolben, bei denen besondere Gleitstücke auf den Druckseiten vorgesehen sind. Zu diesem Zwecke wird zunächst in an sich bekannter Weise der Kolbenmantel vom Kolbenkopf durch waagrecht verlaufende Querschlitze auf dem überwiegenden Teil des Umfangs getrennt, um den Wärmeübergang vom Kolbenkopf auf die Gleitschuhe weitgehend zu unterbinden. Es wird dann weiterhin das Kolbenbolzenlager sowohl mit dem Kolbenkopf durch Rippen wie auch mit dem Kolbenmantel fest verbunden. Im übrigen wird aber der Kolbenmantel völlig in sich geschlossen ausgebildet. Das Neuartige der Konstruktion liegt nun darin, dass der in sich geschlossene Kolbenmantel an den die Gleitschuhe tragenden Seiten nicht der Kreisform des Zylinderspiegels folgt, sondern zur Aufnahme der Gleitstücke gegenüber dem Zylinderspiegel eingezogen ist.
In der vorzugsweisen Ausführungsform bildet der Kolbenmantel hier also eine Art Sehne. Auf diese Sehne ist dann das eigentliche Gleitstück, das einen dem Zylinderspiegel entsprechenden kreisbogenförmigen Umfang besitzt, angesetzt und mit dem Kolbenmantel lediglich durch eine schmale Rippe verbunden.
Auf der Zeichnung ist die Erfindung näher dargestellt. Fig. 1 zeigt einen Kolben im Längsschnitt, Fig. 2 den gleichen Kolben im Querschnitt und Fig. 3 wieder einen Kolben im Längsschnitt, bei dem jedoch die Verbindung zwischen Kolbenbolzenaugen und Kolbenboden durch anders geformte Rippen gebildet wird.
Der Kolbenkopf 1 ist, wie üblich, durch den Querschlitz 2 auf nahezu den ganzen Umfang von dem tragenden Kolbenschaftteil 3 getrennt. Lediglich die Rippen 4 ergeben die Verbindung zwischen Kolbenbolzenaugen 5 und Kolbenkopf 1.
An die Rippen 4 ist nun der elastisch ausgebildete Kolbenschaft 6 angesetzt, der im Gegensatz zu den früheren Konstruktionen auch unter den Kolbenbolzenaugen geschlossen ist. Erst an diesen Kolbenschaft sind dann durch den schmalen Steg 8 die gleitschuhartig ausgebildeten Tragflächen 7 angesetzt.
An stelle der Rippen 4 können auch die in Fig. 3 gezeichneten Schrägrippen 9 die Verbindung von Kolbenbolzenaugen und Kolbenkopf übernehmen, welche am Kolbenboden in zwei parallele Rippen 10 übergehen.
Diese Konstruktion des Kolbens ermöglicht es,-in bekannter Weise die grössere Temperaturdehnung des Kolbenkopfes in Richtung des Kolbenbolzens auf den etwas kälteren Teil des Kolbenmantels zu übertragen und diesen in Richtung des Kolbenbolzens zu dehenen, so dass die Gleitschuhflächen auch bei höheren Betriebstemperaturen den gleichen Abstand behalten können. Der Kolbenmantel selbst ist aber dabei völlig glatt, zeigt keine Schlitze gegen den Zylindermantel und unterstützt den Gleitschuh auf nahezu die ganze Länge. Der Gleitschuh sitzt auf dem Kolbenschaft vielmehr wie auf einer Art federnder Unterlage, so dass er imBetriebe immer etwas einwärts ausweichen kann, sobald die Ausdehnung infolge der Wärme eine engere Anlagerung an den Zylinder bewirken will.
Dieses Federn wird gerade durch die schmale rippenartige Verbindung möglich, während im übrigen die so entstehenden schmalen eingeschnittenen Nuten den nötigen Spielraum für den Gleitschuh abgeben. Diese Nuten können entweder schon im rohen Kolben vorgegossen, noch besser aber durch Einfräsen hergestellt werden. Die vollständig geschlossene Form des Kolbenmantels schliesst anderseits das Kolbeninnere vollkommen dicht gegen den Zylinderspiegel ab, so dass der Ölverbrauch sparsam bleibt. Der besondere Vorteil der neuen Kolbenkonstruktion besteht in der Möglichkeit, das Einbauspiel des Kolbens in kaltem Zustand erheblich zu verringern.
Beispielsweise sei erwähnt, dass ein Kolben aus einer Aluminium-Silizium-Legierung mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa 21 x 10-6, four den bei Kolben von etwa 10 cm Durchmesser üblicher Weise ein Einbauspiel von 010-0-15 mm erforderlich war, bei Ausführung gemäss Erfindung, mit einem Einbauspiel von nur 0-03 mm ohne Schwierigkeit auch einen Dauerbetrieb ausgehalten hat.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Gleitsehuhkolben, insbesondere für Brennkraftmaschinen, bei dem der Kolbenmantel vom Kolbenkopf durch waagrecht verlaufende Querschlitze auf dem überwiegenden Teil des Umfangs getrennt und das Kolbenbolzenlager sowohl mit dem in sich geschlossenen Kolbenmantel wie auch durch Rippen mit dem Kolbenkopf fest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenmantel an den die Gleitschuhe tragenden Seiten gegenüber dem Zylinderspiegel eingezogen ist und mit dem Gleitschuh nur auf einem kleinen Teil des Umfangs rippenartig verbunden ist.