CH166316A - Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen. - Google Patents

Description

      Leichtmetallkolben    für     Brennkraftmasehinen.       Bei der     Verwendung    von Leichtmetall  kolben wird es als störend     empfunden,    dass  die     Brin.ellhärte    der     bekannten    Leichtmetall  kolbenlegierungen bei der     Betriebstemperatur          des    Kolbenbodens sehr gering ist gegenüber  dem früher als     Kolbenwerkstoff    fast     all-          (-"einein    verwendeten     Grauguss.    Man hat  schon versucht, diesem Nachteil dadurch zu  begegnen,

   dass man bei Leichtmetallkolben  für die     Kolbenringträger    eine Einlage aus       Graug        iss    oder Stahl verwendete.  



  Es zeigte sich jedoch,     dass    die bekannten  Ausführungen dieser     'Art    keine so     betriebs-          sichere    Verbindung dieser     Kolbenringträger     mit dem     Leichtmetallkolben        ergeben,    wie es  nötig ist, um den Beanspruchungen im Be  trieb durch sehr rasch ihre Grösse und Rich  tung wechselnde     Kräfte    und über einen sehr  grossen Temperaturbereich standzuhalten.  



       Verbindungen,    die sonst als durchaus  sicher gelten, zum Beispiel durch Eingiessen  oder durch Verschraubung, erwiesen sich im       Dauerbetrieb    als ungenügend. Das Locker  werden der Verbindung hatte aber den wei-         teren,    schwerwiegenden     Nachteil    im     Gefolge,     dass der     Wärmefluss,    der ja vom Kolben  boden hauptsächlich durch die Kolbenringe  an die Zylinderwand führt, empfindlich ge  stört wurde.  



  Gemäss vorliegender Erfindung sind diese  Verhältnisse dadurch verbessert worden, dass  die spezifische Wärmeausdehnung der für  den     Kolbenringträger        verwendeten    Eisen  legierung durch entsprechende Legierungszu  sätze so gross     gemacht    wird, dass sie der  jenigen der für den Kolbenkörper verwen  deten Leichtmetallegierung nahezu     gleiclh     kommt.  



  Die     Wärmeausdehnung    des Kolbenring  trägers kann hierbei so gross sein, dass die  grössere Wärmeausdehnung des Kolbenwerk  stoffes bei     eintretender    Erwärmung zwar in  einem die     Festigkeit    des     Kolbenringträgers     nicht übersteigenden Masse gegen diesen Trä  ger drückt und dadurch eine gewisse Ein  schnürung des Kolbenkörpers     bezw.        eine     Ausdehnung des     Kolbenringträgers    über das  durch die Temperatur gegebene Mass hinaus      verursacht, diese<B>Ei</B>     inschnürung    jedoch im  wesentlichen innerhalb der     Elastizitätsgrenze     des Kolbenwerkstoffes,

   sowie des Werk  stoffes des harten Ringträgers     bleibt.     



  Durch Legierungszusätze von Nickel,  Kupfer,     Molybdän    usw. lässt. sich eine spe  zifische Wärmeausdehnung     vön    0,000020 er  reichen. Als Kolbenbaustoff stehen     Alumi-          niumleg ierangen    zur Verfügung, deren       Wärmeausdehnung        verhältnismässig    gering  ist. und beispielsweise nur noch etwa 0,000022  beträgt.  



  Dadurch wird eine genügende Anglei  chung der     Wärmeausdehnung    erreicht. Der       geringfügige,    noch bestehende Unterschied  hat auf die Betriebssicherheit keinen Einfluss,  weil bei gleichzeitiger     Erwärmung    von     Kol-          benringträger    und Kolbenwerkstoff dieser  Unterschied sich durch noch zulässige Form  änderungen innerhalb der     Elastizitätsgrenze     der beiden Werkstoffe ausgleicht.  



  Als Werkstoff für den Kolbenkörper  kann man in diesem Fall eine der gebräuch  lichen     Aluminium-Kupfer-Legierungen    ver  wenden, zum Beispiel eine Legierung, wel  che aus  
EMI0002.0017     
  
    9 <SEP> -11 <SEP> % <SEP> Kupfer
<tb>  0,1- <SEP> 0,59o1 <SEP> Mangan
<tb>  1 <SEP> % <SEP> Eisen <SEP> und <SEP> mindestens
<tb>  8 <SEP> 7 <SEP> % <SEP> Aluminium       besteht. oder eine Legierung, die aus  
EMI0002.0018     
  
    4 <SEP> % <SEP> Kupfer
<tb>  1,5 <SEP> % <SEP> Magnesium
<tb>  2 <SEP> % <SEP> Nickel
<tb>  92,5 <SEP> % <SEP> Aluminium       besteht, oder auch eine Legierung mit  Kupfer. Nickel und Silizium, zum Beispiel  
EMI0002.0019     
  
    12 <SEP> % <SEP> Kupfer
<tb>  <B>-9,5 <SEP> /wo</B> <SEP> Nickel
<tb>  4 <SEP> ;ö <SEP> Silizium
<tb>  81,5 <SEP> % <SEP> Aluminium.

         An Stelle einer     Aluminiumlegierung     könnte auch eine     Magnesiumlegierung    ver  wendet werden, zum Beispiel  
EMI0002.0022     
  
    3 <SEP> % <SEP> Zinn
<tb>  2 <SEP> % <SEP> .Silizium
<tb>  95 <SEP> % <SEP> Magnesium.       Die Eisenlegierung für den Kolbenring  träger kann     9-7%    Nickel und 5 %     Molybdän     enthalten.  



  Soll die Angleichung noch weiter ge  trieben     weiden,    so kann die Wärmeausdeh  nung der     Leichtmetallegierung    durch Sili  zium herabgedrückt werden. Hierdurch  kann man eine Wärmeausdehnung von  0,000017 bis 19 erreichen für     Aluminium-          legierungen    mit etwa 13 bis<B>25%</B>     Silizium.     In diesem Fall ist. eine so grosse Erhöhung  der     Wärmeausdehnung    ,der     Eisenlegierung     für den     Kolbenringträger    nicht mehr nötig.  



  Hier     genügt    ein Zusatz von minimal  <B>12)%</B> Nickel und minimal 550v Kupfer,  um dem     Grauguss    eine     Wärmeausdehnung     von<B>0,000016</B> bis 18 zu geben.  



  Der früher bestehende Unterschied in der       @j7ärmeausdehnung    zwischen Leichtmetall  und     Grauguss    kann nunmehr fast ganz über  brückt werden.  



  Die Zeichnung zeigt mehrere Ausfüh  rungsbeispiele für die Gestaltung und An  bringung solcher     Kolbenringträger    aus  Eisenlegierungen.  



       Fig.    1 und 2 zeigen zwei verschiedene  Ausführungsbeispiele je im     Schnitt        längs.,der     Achse;       Fig.    3 ist eine Draufsicht zu     Fig.    2;       Fig.    4 stellt eine dritte     Ausführung    im       Achsialsehnitt    dar;       Fig,    5 und 6 zeigen Sonderausführungen  im Schnitt.  



  Gemäss     Fig.    1 ist der     Gussring    a oben  mit einem halsartigen     Ringfortsatz        b    ver  sehen. Dieser     Fortsatz    zeigt verschiedene       Einfräsungen    e. Die für den Kolbenkörper     d     verwendete Aluminiumlegierung fliesst in die  Zwischenräume     hinein    und :sichert so den  Ring gegen Verdrehen.  



  In     Fig.    2 ist ein ähnlicher Ring gezeigt,  bei dem     besonders    die radialen     Aussparungen     e beachtenswert sind. Auf der Innenseite ist  der Ring mit einer     ringförmigen    Mulde i  ausgestattet. Die Erprobung hat ergeben,       dass,    dies die :günstigste Form ist, um ein  gutes Ausfliessen des     Leichtmetalles    zu er  reichen.      Eine weitere Form zeigt die     Fig.    d.

   Hier  ist ein     Kordelgewinde    f in den     Pling    a ein  geschnitten, und zwar gegenläufig, das heisst  bis     zurr        :litte        Rechtsgewinde,    die andere  Hälfte Linksgewinde.  



  Die     Fig.    5 zeigt einen Ring a, in dem  zwei     Kolbenringe        g    eingebettet sind.     Hier-           < lurch    wird das Ausschlagen     ider        Kolbenring-          uttten    vermieden, da. die Härte des Ringes       a    bei Betriebstemperatur genügend gross ist,       ,ini    die schlagartigen     Beanspruchungen    auf  zunehmen.

   Trotzdem ist eine gute     Wärme-          ableituiig    nach der Zylinderwand gewähr  leistet, weil nicht alle Kolbenringe, sondern  nur die am meisten beanspruchten, obersten  Hinge in dem harten Material a     eingebettet     sind. Die eingezeichneten     Pfeile    veranschau  lichen den     Wärmefluss.     



       Fig.    6 zeigt eine weitere Ausführung s  form, bei der der harte Ring<I>a</I> bei     h.    bis  zum Kolbenboden hochgezogen ist. Dies ist  aus folgendem Grunde zweckmässig. Durch  den     Seitendruck    wird bekanntlich der Kol  ben von einer     Zylinderwand    zur andern ge  schoben und der Kolbenboden kommt in un  mittelbare     Berührung-    mit der Zylinderwand.

    Während das Leichtmetall des Kolben  körpers zu weich     isst,    um dieser dauernden  Reibung an der Zylinderwand Widerstand     zt1     leisten, ist     durcb        das    Hochziehen des     Grau-          "#-tissringes    entsprechend längere     Verwendbar-          keit    des Kolbens erreicht.  



  In allen Fällen ist es vorteilhaft, den       Ringträbei-    vor dein Einlegen in die Kokille  derart     zii    erwärmen, dass eine gleichmässige  Erstarrung des L     eiclitmetalles    am Ringträger  erreicht wird.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Leichtmetallkolben für Brennkraftma- schinen mit eisernem Kolbenringträger, da- durch gekennzeichnet, dass der Eisenlegie rung für den Kolbenringträger durch Legie rungszusätze eine so grosse spezifische Wärmeausdehnung gegeben ist, dass sie der jenigen der für den Kolbenkörper verwen- deten Leichtmetallegierung nahezu gleich kommt.

   UNTERANSPRACHE: 1. Leichtmetallkolben nach dem Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass die spezifisch,- Wärmeausdehnung des. eiser nen Kolbenringträgers durch Anwendung einer Eisen-Nickellegierung etwa 0,000020 beträgt und als Werkstoff für :

   den Kol benkörper eine Leichtmetallegierung ver wendet ist von nicht wesentlich mehr als 0,000022 spezifischer Wärmeausdehnung. ?. Leichtmetallkolben nach dem Patentan spruch und Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass der Eisen-Nickellegie- rung ein Zusatz von Holybdän gegeben ist. 3. Leichtmetallkolben nach dem Patentan spruch, @dadureh gekennzeichnet, dass der Leichtmetallegierung des Kolbenkörpers .durch Zusatz von Silizium eine besonders geringe Wärmeausdehnung gegeben ist. d.

   Leichtmetallkolben nach dem Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass der eiserne Kolbenringträger auf seiner Innen seite mit einer ringförmigen Mulde ver sehen ist. 5. Leichtmetallkolben nach .dem Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass nur die dem Kolbenhoden benachbarten Kol- benringnuten im .eisernen Kolbenring träger eingeformt .sind.