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Leichtmetallkolben.
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zugehörigen Bolzennabe durch eine Öffnung 25 getrennt, die auf der gegen die Tragfläche. 19 zu gelegenen Seite länger und breiter ist als auf der Seite gegen die Tragfläche 18 zu.
Jede Druekwand ist vom Kopf durch einen Schlitz 26 getrennt ; ein weiterer Schlitz 27 erstreckt sich über die Tragfläche 18 in im wesentlichen lotrechter Richtung.
Alle bisher beschriebenen Teile sind vorzugsweise aus Leichtmetall, wie z. B. einer Aluminiumlegierung, geformt.
Die Arbeitsweise des Kolbens kann nun dadurch verbessert werden, dass man ihn mit Einsatzplatten ausstattet, die mit den Stegen zusammen bimetallisch Glieder bilden. Diese Einsatzplatten bestehen z. B. aus gewöhnlichem Stahl, der eine niedrigere Wärmedehnungszahl besitzt als das die Stege des Kolbens bildende Material.
In dem in Fig. 1-5 dargestellten Kolben sind diese Einsätze rechteckige, aus Blattstahl geschnittene Platten 28, die je zwei Öffnungen 29 und an der lotrechten Kante entlang durch Ausspaningen 31 getrennte Zungen 30 besitzen (Fig. 4, 5).
Dieser Kolben ist zweckmässig in Metallformen herzustellen. Hiebei werden die Einsatzstück in die Form eingesetzt, indem man sie mit ihren Öffnungen 29 auf von den Formkernen getragenen Bolzen hängt, bevor die Formkerne in die Form eingesetzt werden. In dem Formkörper befestigte
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umfliesst es die Nasen 30, wodurch das eine Ende des Einsatzstückes in dem inneren Teil einer der Dmckwände 17 und sein äusseres Ende in der entsprechenden Bolzennabe gelagert wird. Die Nasen 30 sind vorgesehen, um die Dicke des Mantelmaterials bei den Aussparungen 31 zu verstärken, wie es deutlich in dem unteren Teil der Fig. 4 zu sehen ist.
Der Kopf des Kolbens wird, wie üblich, im Durchmesser kleiner gehalten als der Mantel, um eine Berührung mit der Zylinderwand zu verhindern ; der Mantel erhält einen ovalen Querschnitt, wobei die kleinere Achse A-B des Ovals mit der Achse der Bolzennaben zusammenfällt und die grössere Achse C-D im rechten Winkel dazu liegt. Der Kolben ist unter Berücksichtigung eines geringen Spielraumes an den Enden der Achse C-D in den Zylinder eingepasst, wogegen an den Enden der Achse A-B ein grosser Spielraum gelassen ist.
Es sind mit diesen Kolben genaue Ausdehnungsversuche durch Erhitzen von Mustern in einem elektrischen Ofen und Messen der Grössenveränderung an verschiedenen Stellen am Mantel gemacht worden. Durch dieses Verfahren hat man festgestellt, dass bei einem Anwachsen der Temperatur der Kolben die in Fig. 6 mit den gestrichelten Linien angedeutete Form annimmt. Dies geht folgendermassen vor sich :
Wenn nach dem Guss des Kolbens sich das Metall abkühlt, zieht sieh infolge der grösseren Wärmedehnungszahl das Aluminium der Stege 22 schneller zusammen als der Stahl der Platten 28. Das Ergebnis ist, dass bei dem nun durch den Steg 22 und die entsprechende Platte 28 gebildeten bimetal-
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hervorruft, die mit dem Zylinder in Berührung stehen, sondern eine gleichmässige Biegung des Mantels verursacht, wie in Fig. 6 schematisch dargestellt.
Die Stärke der in dem Mantel hervorgerufenen Ausgleiehsbiegung kann entweder durch Änderung der Länge der Einsatzplatten verändert werden oder dadurch, dass für sie Werkstoffe von verschiedenen Wärmedehnungszahlen gewählt werden. Bei manchen Kolbenarten ist es zweckmässig, sehr kurze Einsatzplatten zu verwenden und ihre Kurze dadurch auszugleichen, dass man sie aus einem Material macht, das sich weniger ausdehnt als gewöhnlicher Stahl, z. B. Nickelstahl.
Die Stärke der Biegung kann schliesslich auch noch dadurch geändert werden, dass man den
Querschnitt der Stege 22 im Verhältnis zu jenem der Einsatzplatten verändert. Wenn also die Stege 22 in bezug auf die Einsatzplatten schwächer sind, werden sie eine geringere Biegung der Platten verursachen und infolgedessen eine geringere Biegung des Mantels.
Weiter ist zu bemerken, dass die gestrichelten Linien der Fig. 6 nur ganz allgemein und in übertriebenem Massstab die Bewegungen der Teile zeigen. Bei einem Kolben von ungefähr 76 mm Durchmesser belaufen sich diese Bewegungen nur auf Zehntausendstel von Millimeter.
In den Fig. 7-9 ist eine abgeänderte Form der Einsatzplatten 33 wiedergegeben, welche eine Öffnung 36 in Gestalt eines Schlüsselloches gegen eine Seite des Einsatzstückes zu vorsieht. Diese Öffnung passt stramm über einen Bolzen, der durch den Formkern getragen wird, um das EinsatzstÜck in der Form zu halten.
Der einzige Grund für die Befestigung der Platten am mittleren Teil der Stege ist, sie in ihrer Lage zu halten ; sie können dabei in jeder zweckmässigen Weise gehalten werden. So sind z. B. bei der in Fig. 10 und 11 dargestellten Bauweise die kurzen Einsatzplatten 31 an den Stegen 22 durch aus dem Stegmaterial gebildete Knöpfe 38 festgehalten, die durch Öffnungen der Einsatzstück gehen.
Die Platten haben lotrechte, gerade Kanten mit verbreiterten Fussteilen 39, von denen der eine gegen eine auf dem Steg 22 gebildete Schulter und der andere gegen eine Schulter der Mantelwand stösst.
Diese Anordnung der Teile ist durch die"Schrumpfungseigenschaft" der bimetallischen Glieder, wie oben erklärt, ermöglicht. Diese Figuren zeigen auch, dass die Stege 22 sich nicht im rechten Winkel zu der Achse der Bolzennaben erstrecken müssen, sondern auch im Winkel dazu angeordnet sein können.
Fig. 12 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform, bei der nur eine Druckwand, u. zw. die geschlitzte
Druckwand j ! , durch bimetallische Glieder gegen die Bolzennaben abgestützt ist.
Der Längsschlitz 27 kann auch, anstatt über die ganze Höhe der Druckwand zu verlaufen, diese nur über einen Teil ihrer Höhe durchsetzen, wie aus der Fig. 7 (Bezugszeichen 40) ersichtlich ist.
Bei allen wiedergegebenen Bauformen sind die Einsatzplatten in ihrer lotrechten Ausdehnung ein wenig schmäler dargestellt als die Stege 22. Obwohl dieses die bevorzugte Anordnung ist, braucht an ihr nicht festgehalten zu werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Leichtmetallkolben mit einem Mantel von ovalem Querschnitt, dessen kurze Achse mit der Achse der Bolzennaben zusammenfällt und mit vom Kopf durch Schlitze getrennten, einander gegen- überliegenden Druckwänden, die mit den Bolzennaben durch vom Mantelumkreis zurückgesetzte Stege verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Bolzennaben (12) und mindestens einer der Druckwände eine Platte (28) aus einem Werkstoff von geringerer Wärmedehnungszahl als jener der Stege (22) sich längs deren Innenwand erstreckt, wobei die Stege in Längsrichtung unter Spannung stehen, die dadurch entsteht, dass nach dem Giessen die stärkere Schrumpfung der Stege durch die Platten teilweise verhindert wurde, und jeder Steg mit seiner Platte ein bimetallisches Glied bildet,
das die Druckwand gegen die Bolzennabe abstützt.
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Light alloy pistons.
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associated pin hub separated by an opening 25, which is on the against the wing. 19 is longer and wider than on the side facing the wing 18.
Each pressure wall is separated from the head by a slot 26; another slot 27 extends over the wing 18 in a substantially vertical direction.
All parts described so far are preferably made of light metal, such as. B. an aluminum alloy.
The functioning of the piston can now be improved by equipping it with insert plates which, together with the webs, form bimetallic links. These insert plates consist, for. B. from ordinary steel, which has a lower coefficient of thermal expansion than the material forming the webs of the piston.
In the piston shown in FIGS. 1-5, these inserts are rectangular plates 28 cut from sheet steel, each having two openings 29 and tongues 30 separated along the vertical edge by bracing rings 31 (FIGS. 4, 5).
This piston is expediently manufactured in metal molds. The inserts are inserted into the mold by hanging them with their openings 29 on bolts carried by the mold cores before the mold cores are inserted into the mold. Fixed in the molded body
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it flows around the lugs 30, as a result of which one end of the insert piece is mounted in the inner part of one of the pressure walls 17 and its outer end is mounted in the corresponding bolt hub. The lugs 30 are provided in order to increase the thickness of the jacket material at the recesses 31, as can be clearly seen in the lower part of FIG.
The head of the piston is, as usual, kept smaller in diameter than the jacket in order to prevent contact with the cylinder wall; the jacket has an oval cross-section, the smaller axis A-B of the oval coinciding with the axis of the pin bosses and the larger axis C-D being at right angles to it. The piston is fitted into the cylinder with a small amount of clearance at the ends of the axis C-D, whereas a large amount of clearance is left at the ends of the axis A-B.
Precise expansion tests have been made with these pistons by heating samples in an electric furnace and measuring the change in size at various points on the jacket. By means of this method, it has been found that, as the temperature increases, the piston assumes the shape indicated by the dashed lines in FIG. 6. This is done as follows:
When the metal cools down after casting the piston, the aluminum of the webs 22 contracts faster than the steel of the plates 28 due to the greater coefficient of thermal expansion -
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causes which are in contact with the cylinder, but causes a uniform bending of the jacket, as shown schematically in FIG.
The strength of the compensating bend produced in the jacket can either be changed by changing the length of the insert plates or by choosing materials with different coefficients of thermal expansion for them. With some types of pistons it is advisable to use very short insert plates and to compensate for their shortness by making them from a material that expands less than ordinary steel, e.g. B. nickel steel.
Finally, the strength of the bend can also be changed by the
Cross-section of the webs 22 changed in relation to that of the insert plates. Thus, if the webs 22 are weaker with respect to the insert panels, they will cause less bending of the panels and consequently less bending of the shell.
It should also be noted that the dashed lines in FIG. 6 show the movements of the parts only very generally and on an exaggerated scale. For a piston approximately 76 mm in diameter, these movements are only ten thousandths of a millimeter.
7-9 a modified form of the insert plates 33 is shown which provides an opening 36 in the form of a keyhole against one side of the insert piece. This opening fits snugly over a bolt carried through the mandrel to hold the insert in place.
The only reason for attaching the panels to the central part of the webs is to hold them in place; they can be kept in any convenient way. So are z. B. in the construction shown in Fig. 10 and 11, the short insert plates 31 held on the webs 22 by buttons 38 formed from the web material, which go through openings in the insert.
The plates have vertical, straight edges with widened foot parts 39, of which one abuts against a shoulder formed on the web 22 and the other abuts against a shoulder of the jacket wall.
This arrangement of the parts is made possible by the "shrinkage property" of the bimetallic links, as explained above. These figures also show that the webs 22 do not have to extend at right angles to the axis of the pin hubs, but can also be arranged at an angle thereto.
Fig. 12 shows a modified embodiment in which only one pressure wall, u. between the slotted
Pressure wall j! , is supported against the pin bosses by bimetallic links.
The longitudinal slot 27 can also, instead of running over the entire height of the pressure wall, penetrate it only over part of its height, as can be seen from FIG. 7 (reference numeral 40).
In all of the designs shown, the insert plates are shown a little narrower in their vertical extent than the webs 22. Although this is the preferred arrangement, it does not need to be retained.
PATENT CLAIMS:
1.Light metal piston with a jacket of oval cross-section, the short axis of which coincides with the axis of the pin hubs and with opposing pressure walls separated from the head by slots, which are connected to the pin hubs by webs set back from the circumference of the jacket, characterized in that between the bolt hubs (12) and at least one of the pressure walls a plate (28) made of a material with a lower coefficient of thermal expansion than that of the webs (22) extends along the inner wall, the webs being under tension in the longitudinal direction, which is caused by the fact that Pouring the stronger shrinkage of the webs was partially prevented by the plates, and each web forms a bimetallic link with its plate,
that supports the pressure wall against the pin hub.