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Leichtmetallkolben
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Weiterbildung des Gegenstandes des Patentes Nr. 194655.
In diesem Patent ist vorgeschlagen worden, bei Leichtmetallkolben mit in den Kolbenschaft eingefügten dehnungsregelnden Einlagen aus Werkstoffen mit kleinerem Wärmedehnungsbeiwert als dem des Kolbenwerkstoffes auf die übliche Abtrennung der Schafttragflächen vom steifen Kopfteil durch Querschlitze zu verzichten und statt dessen eine oder beide Tragflächen mit der Ringzone durch Übergangszonen einstückig zu verbinden, deren Querschnitt je 1,2 bis 30/0 der Bodenfläche des Kolbens beträgt und deren Wandstärke kleiner als 2, 7 % des äusseren Schaftdurchmessers ist.
Der so geschaffene Übergang von der dünnwandigen Schaftzone zum verhältnismässig starren Kopfteil des Kolbens verbessert wesentlich den Wärmeübergang vom Kolbenboden zum Kolbenschaft und gewährleistet dadurch eine erwünschte thermische Entlastung der Ringzone, ohne anderseits die dehnungsregelnde Wirkung der Einlagen in unzulässiger Weise zu verschlechtern.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, das gleiche Ziel auch unter Verwendung von die Tragflächen mit der Ringzone verbindenden Übergangszonen zu erreichen, deren Stärke 2, 7 o des äusseren Schaftdurchmessers übertrifft und die daher geeignet sind, auch stärkeren mechanischen Beanspruchungen, wie sie in hochverdichteten Motoren vorkommen, standzuhalten.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist es erforderlich, die Kolben in an sich bekannter Weise mit verhältnismässig stark wirkenden dehnungsregelnden Einlagen zu versehen. Die Erfindung bezieht sich daher nicht allgemein auf alle Leichtmetallkolben mit dehnungsregelnden Schwermetalleinlagen, sondern nur auf solche, bei welchen im Bereich der Bolzennaben hülsensegmentförmige Einlagen aus Werkstoffen mit kleinerem Wärmedehnungsbeiwert als dem des Kolbenwerkstoffes so in den Kolbenschaft eingefügt sind, dass sie zusammen mit den auf ihnen anliegenden Leichtmetall-Schaftteilen bimetallische Regelglieder bilden, welche die radiale Wärmeausdehnung des Schaftes im Bereich der zwischen den Bolzennaben liegenden tragenden Mantelteilen hemmen und deren axiale Höhe mindestens das Zehnfache ihrer radialen Wandstärke beträgt.
Bei solchen Kolben wird erfindungsgemäss entsprechend der angestrebten Verstärkung der die Tragflächen mit der Ringzone verbindenden Übergangszonen auch die axiale Höhe dieser Übergangszonen vergrössert, u. zw. in Abhängigkeit von der radialen Wandstärke der Einlagen derart, dass die radiale Stärke der zwischen den Nutengrundflächen und der inneren Begrenzungsfläche der Ringzone des Kolbens liegenden Wandteile im Bereich zwischen der Ebene der Unterflanke der untersten Kolbenringnut und einer dem Kolbenboden um den mindestens sechsfachen Betrag der Wandstärke der Einlagen näherliegenden Quer-
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fache und vorzugsweise nicht mehr als das Doppelte der Einlagenwandstärke beträgt.
Dabei bildet man vorzugsweise die innere Begrenzungsfläche der Ringzone konisch derart aus, dass die radiale Stärke der zwischen den Nutengrundflanken und der inneren Begrenzungsfläche der Ringzone des Kolbens liegenden Wandteile in der dem Kolbenboden näherliegenden Querschnittsebene nicht mehr als viermal so gross wie die Einlagenwandstärke und in Richtung auf die Ebene der Unterflanke der untersten Kolbenringnut stetig abnimmt.
Ferner ordnet man zwischen der dem Kolbenboden näherliegenden Querschnittsebene und der untersten Kolbenringnut zweckmässigerweise mindestens noch eine weitere Kolbenringnut an.
Die als Bezugsmassstab angegebene Wandstärke der Einlagen soll zwischen 1, 5 und 4 o des äusseren.
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Schaftdurchmessers betragen und nicht grösser als diejenige der Schaftwandteile sein, mit denen zusammen die Einlagen bimetallische Regelglieder bilden.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes in den Fig. 1 und 2 je teilweise im Längsschnitt durch die Tragflächenmitten dargestellt.
Die Kolben bestehen aus einem den Kolbenboden und die Ringzone umfassenden Kopfteil l und einem mit diesem einstückig verbundenen Schaft 2. Die Wärmedehnung, des letzteren ist in bekannter Weise durch hülsensegmentförmige Einlagen 3 geregelt, welche zusammen mit den auf ihnen liegenden Schaftteilen bimetallische Verbundglieder bilden, und deren axiale Höhe mehr als zehnmal so gross ist als ihre radiale Wandstärke. Letztere ist aus der Zeichnung nicht ersichtlich und möge 2,5 mm betragen.
Dann darf ge- . mäss der Erfindung in dem Bereich zwischen der Ebene a - a durch die Unterflanke der untersten Kolbenringnut 5 und der im Abstand 6 x 2,5 = 15 mm darüber befindliche Ebene b - b die mittlere radiale Stärke der mit 4 bezeichneten Übergangszone, welche ausser durch die genannten Ebenen durch die Nutengrundflächen und die innere Wandfläche der Ringzone begrenzt ist, weniger als 3 x 2,5 = 7,5 mm betragen (Mass x in Fig. 2, Mass (y + z) s 2 in Fig. 1). Beim Beispiel nach Fig. 1 muss ausserdem die Be-
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Bereich des offenen Schaftendes gleich gut wie bei den bekannten. älteren Kolbenbauarten, bei denen die tragenden Schaftteile vom Kolbenkopf durch Querschlitze abgetrennt sind. Nach dem kopfseitigen Ende des Schaftes nimmt die Regelwirkung zwar etwas ab.
Sie ist jedoch selbst in unmittelbarer Nähe der verstärkten Übergangszone noch deutlich vorhanden, so dass auch an dieser Stelle die Anwendung verhältnismässig kleiner Einbauspiele möglich ist.
Um die Nachgiebigkeit der Übergangszonen zu erhöhen, ist es zweckmässig, in ihrem Bereich - wie in der Zeichnung dargestellt-ausser der Ringnut 5 noch mindestens eine weitere Ringnut vorzusehen.
PATENTANSPRÜCHE ;
1. Leichtmetallkolben, in dessen Schaft im Bereich der Bolzennaben hülsensegmentförmige Einlagen aus Werkstoffen mit kleinerem Wärmedehnungsbeiwert als dem des Kolbenwerkstoffes so eingeführt sind, dass sie zusammen mit den auf ihnen anliegenden Leichtmetallschaftteilen bimetallische Regelglieder bilden, welche die radiale Wärmeausdehnung des Schaftes im Bereich der zwischen den Bolzennaben liegenden tragenden Mantelteile hemmen, wobei die axiale Höhe dieser Einlagen mindestens zehnmal so gross ist wie ihre radiale Wandstärke und wobei einer oder beide dieser tragenden Mantelteile mit der Ringzone durch verhältnismässig dünnwandige, zwischen den Abstützungen der Bolzennaben sich erstreckende Übergangszonen mit kleiner Querschnittsfläche einstückig verbunden sind,
welche die innere Begrenzung der untersten in der Ringzone liegenden Kolbenringnut bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Stärke der zwischen den Nutengrundflächen und der inneren Begrenzungsfläche der Ringzone des Kolbens liegenden Übergangszonen (4) im Bereich zwischen der Ebene (a - a) der Unterflanke der untersten Kolbenringnut (5) und einer dem Kolbenboden um den mindestens sechsfachenBetrag der Wandstärke der Ein- lagen (3) näherliegenden Querschnittsebene (b-b) im Mittel grösser als 2,7 % des äusseren Schaftdurchmessers ist, jedoch weniger als das Dreifache der Einlagenwandstärke beträgt.