Leichtmetallkolben mit Einlage ans Hartmetall. Leichtmetallkolben erhalten mit grossem Vorteil in den Werkstoff des Leichtmetall kolberrkörpers eingebettete Einlagen aus här terein Werkstoff.
Diese Einlagen wurden bisher mit ver hältnismässig grosser Wandstärke ausgeführt und bildeten einen Ringkörper, in welchem für die Aufnahme des oder der Kolbenringe Nuten eingeschnitten sind, so dass ein ein faches oder mehrfaches U-Profil von durch weg beträchtlicher Dicke entsteht.
Für normal beanspruchte Motoren haben sich solche Kolben sehr gut bewährt. Nur bei besonders stark beanspruchten Motoren mit hoher Drehzahl und Kompression ist die Gewichtsvermehrung, sowie auch die gerin gere Wärmeleitfähigkeit der Einlage und der ungünstigere Wärmeübergang vom Leicht metallkolbenkörper auf die Einlage und von dieser auf den Kolbenring und den Zylinder ein gewisser Nachteil.
Mechanisch beansprucht werden aber nur die beiden Flanken des Profils, gegen welche sich die Kolbenringe beim Betriebe des Kol bens anlegen. Der Stegteil zwischen diesen beiden Flankenringen hat lediglich die Auf gabe der Abstandshaltung.
Demgemäss wird dieser Stegteil zweck mässig so weit wie nur möglich vermieden, also nur die beiden Flankenringe, die den Kolbenring an den beiden Stirnseiten vom Leichtmetall des Kolbenkörpers trennen, und einzelne Verbindungsstege zwischen diesen Flankenringen angeordnet.
Hierdurch wird eine beträchtliche Ge wichtsersparnis und eine ebenfalls nicht zu unterschätzende Werkstoffersparnis erzielt. An Stelle des in Wegfall kommenden här teren Werkstoffes von geringerer Wärmeleit fähigkeit tritt die Leichtmetallegierung des Kolbenkörpers von grösserer Wärmeleitfähig keit.
Aber nicht nur am Stegteil des Profils kann weitgehend gespart werden, sondern es lassen sich auch an dem Flankenring, der dem Kolbenboden zugekehrt ist und gegen- über dem vom Kolbenboden weiter ab lie genden Flankenring weniger stark bean sprucht ist, Einsparungen machen.
Vorteilhaft wird au der Einlage zunächst die zur Aufnahme des Kolbenringes bestimmte Nut ringsum eingearbeitet und erst dann der Werkstoff des Kolbenringträgers dort, wo er nicht unbedingt notwendig ist, weggearbeitet, z. B. weggefräst.
Es ist auch möglich, an Stelle einer rings um laufenden Einlage nur Segmente zu ver wenden, die ebenfalls an den wenig bean spruchten Stellen noch ausgenommen oder geschwächt sein können.
All Stelle der Einlage von U-förmigem Querschnitt kann auch nur noch ein Flan kenring auf der dem Kolbenboden abgekehr ten Ringseite angeordnet sein.
Wenn zwei Flankenringe angeordnet und durch Stege miteinander verbunden sind, sind die Stege zweckmässig in der Richtung der Kolbenbolzenachse angeordnet.
Einlage und Leiehtmetallkolbenkörper be stehen zweckmässig aus Werkstoffen bezw. Legierungen gleicher Wärmedehnung, damit ein Lockern des Ringträgers infolge verschie dener Wärmedehnung .nicht zu befürchten ist. Dann können nur noch die ausserordent lich starken Explosionsdrücke auf den Kol benboden und die damit verknüpften Defor mationen in der Kolbenringpartie ein Lockern der Einlage herbeiführen.
Dieses Lockern wird zweckmässig vermie den, indem der Werkstoff der Einlage stellen weise weggenommen wird, so dass hierdurch ein zahnartiger Eingriff des Leichtmetallwerk- stoffes in die Einlage stattfindet.
Mehrere Ausführungsbeispiele des Kolbens gemäss der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt.
Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht eines Kol bens; Fig. 2 ist ein Schnitt nach .der Linie II-II der Fig. 1, Fig. 3 ein Schnitt durch eine Einlage nach der Linie III III in der Fig. 2; Fig. 4 ist eine Seitenansicht eines zwei ten Kolbens, Fig. 5 eine Draufsicht auf eine Einlage, Fig. 6 ein Querschnitt nach der Linie VI-VI in der Fig. 5;
Fig. 7 zeigt einen dritten Kolben in Sei tenansicht; Fig. 8 ist ein Schnitt nach der Linie VIII-VIII in der Fig. 7, Fig. 9 ein Querschnitt durch eine Ein lage dieses Kolbens; Fig. 10 ist eine Seitenansicht eines vier teil Kolbens; Fig. 11 ist ein Schnitt nach der Linie XI-XI in der Fig. 10, Fig. 12 ein Querschnitt durch eine Ein lage;
Fig. 13 zeigt einen fünften Kolben in Seitenansicht Fig. 14 ist ein Schnitt nach der Linie XIV-XIV in der Fig. 13, Fig. 15 ein Querschnitt durch eine Ein lage dieses Kolbens; Fig. 16, 17 und 18 zeigen drei weitere Kolben in Seitenansicht; Fig. 19 ist ein Schnitt nach der Linie XIX-XIX in der Fig. 18, Fig. 20 ein Querschnitt durch eine Ein lage des Kolbens nach Fig. 18; Fig. 21 zeigt einen weitern Kolben in Seitenansicht;
Fig. 22 ist ein Schnitt nach der Linie XXII-XXII in der Fig. 21; Fig. 23 ist ein weiterer Kolben in Sei tenansicht, Fig. 24 ein Schnitt nach der Linie XXIV-XXIV in der Fig. 23 Fig. 25 zeigt eine Variante in der Dar stellungsweise der Fig. 24; Fig. 26 zeigt einen weitem Kolben in Seitenansicht; Fig. 27 ist ein Schnitt nach der Linie XXVII-XXVII der Fig. 26.
Gemäss Fig. 1 bis 3 bildet die Einlage b im Kolbenkörper a einen durehlaufenden Ring voll ursprünglich U-förmigem Querschnitt, dessen Flanken jedoch teilweise weggeschnit ten sind, so dass nur die Stellen c, c stehen geblieben sind, in den Zonen d jedoch die Flanken des Einlageprofils entfernt sind.
Na(-,h Fig. 4 bis 6 weist die ringförmige Einlage nur an den mit c bezeichneten Stel len das volle U-Profil auf, während bei e die Flankenteile fehlen und ferner den Steg bei derseitig um die Flankendicke in der Höhe verkleinert ist.
Gemäss Fig. 7 bis 9 sind an der ringför- inigen Einlage an den Stellen e ebenfalls sowohl die Flanken als auch der Steg in der Breite der Flankendicke weggenommen. Die Ausnehmungen e, e sind jedoch auf der Kolbenbodenseite lind auf der andern gegen einander versetzt.
Gemäss Fig. 10 bis 12 sind Teile der Flanken und Teile des Steges weggenommen, und zwar derart, dass dieser an den flanken losen Stellen e nur in der Breite der Ring nute durchgeführt und an den mit Flanken segmenten versehenen Stellen c in der Breite der Ringnute bis auf die < in den Segmenten notwendigen Verbindungen ausgespart ist.
Nach Fig. 13 bis<B>15</B> ist in den Kolben körper ca eine ringförmige Einlage b einge baut, die zwei Kolbenringe aufnimmt. Die Stege der ringförmigen Einlage b sind an den Stellen f' ausgespart. Der Kolben nach Fig. 16 besitzt eine entsprechende Einlage b für nur einen Kolbenring.
Gemäss Fig. 17 ist von den beiden Flan ken g bezw. h der E inlage b die dem Kol benboden zugekehrte Flanke h wesentlich dünner als die Flanke g. Dies ist deshalb zulässig, weil die Kolbenringnut sich regel mässig nach der dem Kolbenboden abgekehr ten Seite zu ausschlägt, also dort am meisten beansprucht wird.
Nach Fig. 18 bis 20 nimmt die Einlage b ebenfalls zwei Kolbenringe auf. An den Stellen k sind die Stege und ein Teil der Flanken weggenommen, so dass an den Flan kenflächen der Ringnut der Werkstoff des Kolbenkörpers zutage tritt, also die Ringnut teilweise im Leichtmetall, teilweise in der Einlage verläuft.
Gemäss Fig. 21 und 22 sind statt eines durchlaufenden Ringes nur Ringsegmente b' als Einlagen für den Kolbenring eingesetzt.
Damit die einzelnen Ringsegmente b' ge gen Herausfallen und Lockerwerden geschützt sind, werden sie nach Fig. 23 und 24 nach Art eines Schwalbenschwanzes nach innen breiter.
Statt je eines Schwalbenschwanzes sind nach Fig. 25 an jedem Ringsegment b' deren zwei angeordnet.
Damit beim Giessen des Kolbens diese Ringsegmente in richtiger Lage und in rich tigem Abstand zueinander gehalten werden, sind sie gemäss Fig. 26 und 27 durch einen Drahtring i verbunden.
Light metal piston with insert on the hard metal. Light metal pistons receive with great advantage in the material of the light metal kolberrkörpers inserts made of harder material.
These deposits have so far been carried out with a relatively large wall thickness ver and formed an annular body in which grooves are cut to accommodate the piston ring or rings, so that a single or multiple U-profile of considerable thickness is created.
Such pistons have proven themselves very well for engines with normal loads. The increase in weight as well as the lower thermal conductivity of the insert and the less favorable heat transfer from the light metal piston body to the insert and from this to the piston ring and the cylinder are only a certain disadvantage in particularly heavily loaded engines with high speed and compression.
However, only the two flanks of the profile against which the piston rings are placed when the piston is in operation are mechanically stressed. The web part between these two flank rings only has the task of spacing.
Accordingly, this web part is expediently avoided as much as possible, that is, only the two flank rings that separate the piston ring from the light metal of the piston body on the two end faces, and individual connecting webs are arranged between these flank rings.
This results in a considerable weight saving and a material saving that should not be underestimated either. Instead of the harder material with lower thermal conductivity that is no longer required, the light metal alloy of the piston body with higher thermal conductivity occurs.
However, savings can not only be made on the web part of the profile, but savings can also be made on the flank ring that faces the piston crown and is less stressed than the flank ring farther from the piston crown.
Advantageously, the groove intended for receiving the piston ring is first incorporated all around on the insert and only then is the material of the piston ring carrier worked away where it is not absolutely necessary, e.g. B. milled away.
It is also possible, instead of an all-round insert, to use only segments that can also be excluded or weakened in the areas that are not stressed enough.
All place of the insert of U-shaped cross-section can be arranged only one flan kenring on the ring side turned away from the piston crown.
If two flank rings are arranged and connected to one another by webs, the webs are expediently arranged in the direction of the piston pin axis.
Inlay and alloy piston body be appropriately made of materials BEZW. Alloys with the same thermal expansion, so that loosening of the ring carrier due to different thermal expansion is not to be feared. Then only the extraordinarily strong explosion pressures on the piston crown and the associated deformations in the piston ring area can loosen the insert.
This loosening is expediently avoided in that the material of the insert is removed in places so that a tooth-like engagement of the light metal material takes place in the insert.
Several embodiments of the piston according to the invention are shown schematically in the drawing.
Fig. 1 shows a side view of a Kol ben; Fig. 2 is a section along the line II-II of Fig. 1, Fig. 3 is a section through an insert along the line III III in Fig. 2; Fig. 4 is a side view of a two th piston, Fig. 5 is a plan view of an insert, Fig. 6 is a cross section along the line VI-VI in Fig. 5;
Fig. 7 shows a third piston in Be tenansicht; Fig. 8 is a section along the line VIII-VIII in Fig. 7, Fig. 9 is a cross section through a A position of this piston; Fig. 10 is a side view of a four part piston; Fig. 11 is a section along the line XI-XI in Fig. 10, Fig. 12 is a cross section through a ply;
13 shows a fifth piston in a side view; FIG. 14 is a section along the line XIV-XIV in FIG. 13, FIG. 15 is a cross section through a position of this piston; 16, 17 and 18 show three further pistons in side view; 19 is a section along the line XIX-XIX in FIG. 18; FIG. 20 is a cross section through a position of the piston according to FIG. 18; 21 shows another piston in side view;
Fig. 22 is a section on the line XXII-XXII in Fig. 21; Fig. 23 is a side view of another piston, Fig. 24 is a section along the line XXIV-XXIV in Fig. 23 Fig. 25 shows a variant in the representation of Fig. 24; 26 shows a wide piston in side view; FIG. 27 is a section along the line XXVII-XXVII of FIG.
According to Fig. 1 to 3, the insert b in the piston body a forms a continuous ring full of originally U-shaped cross-section, the flanks of which, however, are partially cut away, so that only the points c, c remain, in the zones d, however, the flanks of the insert profile are removed.
Na (-, h Fig. 4 to 6 has the ring-shaped insert only at the Stel len designated with the full U-profile, while at e the flank parts are missing and furthermore the web is reduced in height by the flank thickness on the other side.
According to FIGS. 7 to 9, both the flanks and the web in the width of the flank thickness have also been removed from the ring-shaped insert at points e. The recesses e, e are, however, offset from one another on the piston crown side and on the other.
According to Fig. 10 to 12 parts of the flanks and parts of the web are removed, in such a way that this is carried out only in the width of the ring groove at the flankless points e and at the points provided with flank segments c in the width of the ring groove except for the connections required in the segments.
According to Fig. 13 to <B> 15 </B> an annular insert b is built into the piston body, which accommodates two piston rings. The webs of the annular insert b are cut out at the points f '. The piston according to FIG. 16 has a corresponding insert b for only one piston ring.
17 is of the two flanks g respectively. h of the insert b the flank h facing the piston bottom is much thinner than the flank g. This is permissible because the piston ring groove regularly deflects towards the side facing away from the piston crown, i.e. it is subjected to the most stress there.
According to FIGS. 18 to 20, the insert b also receives two piston rings. At points k, the webs and part of the flanks have been removed, so that the material of the piston body comes to light on the flan surfaces of the annular groove, i.e. the annular groove runs partly in the light metal and partly in the insert.
According to FIGS. 21 and 22, instead of a continuous ring, only ring segments b 'are used as inserts for the piston ring.
So that the individual ring segments b 'are protected against falling out and loosening, they are wider inwardly in the manner of a dovetail according to FIGS. 23 and 24.
Instead of one dovetail, two are arranged on each ring segment b 'according to FIG.
So that these ring segments are kept in the correct position and at the correct distance from one another when the piston is cast, they are connected by a wire ring i according to FIGS.