Kolben für Brennkraftmaschinen. Kolben für Brennkraftmaschinen müssen bekanntlich unter Aufwendung peinlichster Sorgfalt an ihrer Lauffläche mit grösster Ge nauigkeit hergestellt werden. Dies gilt vor zugsweise für Leichtmetallkolben. Insbeson dere ist bei der Durchbildung des Mantels der Beobachtung Rechnung zu tragen, dass er an seiner tragenden Fläche sich während des Betriebes durch die Einwirkung der Wärme und unter dem Einfluss der aufzu nehmenden mechanischen Kräfte stark ver formt. Je grösser die Belastung ist, desto stärker werden die Verformungen.
Um ungeachtet dieser Erscheinungen den noch die Höchstleistung eines Motors zu er zielen, ist es notwendig, den Kolben so aus zubilden, dass er allseitig ein bestimmtes Spiel aufweist. Von der Wahl des letzteren hängen auch die Grösse des Betriebsstoffver brauches und die Lebensdauer ab.
Angestrebt wi--d, dass aer Kolben im be triebswarmen Zustand und bei höchster Be lastung mit dem kleinstmöglichen Spiel läuft. Dabei muss das Auftreten von Verklemmun- gen des Mantels vermieden werden. Zu die sem Zwecke wurde bei bekannten Kolben dem Mantel eine ovale Form im Querschnitt gegeben.
Es ist weiterhin. bekannt, die Mantel fläche des Kolbens durch stufenförmig an einandergereihte kegelige Flächen zu bilden. Hierdurch wird aber eine gleichmässige An lage der ganzen Mantelfläche nicht erreicht. Der Wärmeübergang ist demzufolge mangel haft. Es entstehen neben nichttragenden Stel len gleichzeitig Druckstellen, die zum Fres sen der Kolben führen.
Es sind ferner Kolbenausführungen nicht mehr neu, bei welchen der Kolben bei kreis rundem Querschnitt in der Längsrichtung nach Art eines Doppelkegels oder auch kur venförmig, z. B. ähnlich einem Fass, ge schliffen ist. Durch eine solche Formgebung soll ebenfalls das Klappern vermieden wer den.
Wenn sich auch das Laufbild hierbei gegenüber einem Kolben mit rein zylindri- scher Ausbildung des Mantels verbessert, so reicht doch auch diese Gestaltung allein nicht aus, um einen gleichmässigen Wärmeüber gang über sämtliche Querschnitte des Man tels während des Betriebes zu erzielen, ohne dabei Gefahr zu laufen, dass der Kolben ins besondere bei grösseren Belastungen klemmt oder gar frisst.
Es hat sich herausgestellt, dass bei be kannten Kolben mit ovalem Querschnitt in der Nähe des Bolzens eine genügende wärme leitende Anlage an die Zylinderwand nicht erzielt werden konnte. Es ist vielmehr beob achtet worden, dass sich in den tiefen Aus sparungen, die zwecks Vermeidung eines Anreibens des Kolbens in der Nähe seines Bolzens vorgesehen wurden, während des Be triebes Öl ansammelt, das bei der vorhandenen hohen Temperatur zur Verkokung neigt. Die sich bildenden Rückstände können ein ein- wändfreies Arbeiten des Motors empfindlich stören.
Der Kolben für Brennkraftmaschinen gemäss der Erfindung unterscheidet sich von den bekannten Kolben dadurch, dass die Lauf fläche in der Längsrichtung kurvenförmig ausgebildet ist, und dass mindestens ein Teil der Querschnitte des Kolbens eine von der Kreisform abweichende Gestalt aufweist. Die Art der zu wählenden Mantelform richtet sich nach dem Verwendungszweck des Kol bens und hängt zum Beispiel davon ab, für welche Motorart und für welche Arbeitsweise der Kolben Anwendung finden soll. Die Schlifform ist daher erfahrungsgemäss von Fall zu Fall festzulegen.
Es hat sich in der Regel als zweckmässig erwiesen, den Durch- Messer des Kolbens in der Richtung des Kol benbolzens etwas kleiner zu wählen als senk recht dazu.
Die Figuren der Zeichnung stellen Aus führungsbeispiele der Erfindung dar.
Die Fig. 1 zeigt die Kolben nach den Fig. 2-6 in Ansicht.
Die Fig. 2 veranschaulicht einen Quer schnitt durch einen Kolben in Höhe des Kol- benbolzenlagers. Die Fig. ss-5 sind Grundrisse von Kol ben anderer Ausführungsform.
Fig. 6 veranschaulicht einen Querschnitt durch einen weiteren Kolben in Höhe des Kolbenbolzenlagers.
Die Fig. 1 zeigt die Kolben a nach den Fig. 2-6 in Ansicht, jedoch verzerrt ge zeichnet, da der Unterschied zwischen dem obern und untern Durchmesser praktisch nur einige Zehntelmillimeter beträgt. Die Lauf fläche beschreibt somit in der Längsrichtung des Kolbens eine sehwach gewölbte Kurve.
In der Fig. 2 bedeutet der mit b bezeich nete Kreis den Grundkreis der Zylinderboh rung, während c die von der Kreisform leicht abweichende Form des Kolbenmantels an der Stelle des grössten Kolbenquerschnittes dar stellt. d ist die äussere Mantelform des Kol bens im durch das Bolzenlager gelegten Querschnitt. Der grösste Durchmesser des letzteren steht senkrecht zur Achse des Bol zens und der kleinste Durchmesser liegt par allel zum Bolzen. Mit einem solchen Kolben lassen sich die besten Laufergebnisse er zielen.
In der Fig. 3 ist b wieder der Grund kreis der Zylinderbohrung, c ist die Form des Kolbenmantels an der offenen Stirn seite und e die Form im Ringteil des Kol bens. An beiden Stellen liegt der kleinste Durchmesser in der Richtung der Bolzen achse. Die mit f bezeichnete Oberkante des Kolbens ist in derselben Richtung oval, der kleinste Durchmesser liegt an dieser Stelle somit ebenfalls parallel zur Kolbenbolzen achse.
Fig. 4 zeigt eine weitere Möglichkeit für die Durchbildung des Kolbenmantels. Der Kopfkreis ist wiederum mit f bezeichnet, aber vollständig kreisförmig, also konzen trisch zu b ausgeführt. Der Kolbenmantel ist so ausgebildet, dass er im Querschnitt von der obern Stirnseite des Kolbens aus nach unten hin oval wird. Die Ovalität im Ring teil ist parallel zum Kolbenbolzen gerichtet, während sie am offenen Ende des Kolbens rechtwinklig zum Kolbenbolzen verläuft. In Fig. 5 wird unter b wiederum der Grundkreis der Zylinderbohrung verstanden und mit c die Form des Mantels an der offe nen Kolbenseite bezeichnet.
Der grösste Durch messer verläuft an dieser Stelle quer zur Längsrichtung des Bolzenlagers, während der Kolbenmantel in Höhe des Bolzenlagers kreis rund, also konzentrisch zum Grundkreis b ist, wie dies der Kreis d veranschaulicht. Die wieder mit f bezeichnete Kolbenoberkante am Kolbenboden ist jedoch -entgegengesetzt oval wie c ausgeführt. Der grösste Durchmesser liegt hier parallel zum Bolzen. Die Mantel fläche ist so ausgebildet, dass in der Längs richtung des Kolbens ein allmählicher Über gang von der einen Querschnittsform auf die andere erfolgt.
Die Fig. 6 zeigt einen Querschnitt durch einen weiteren Kolben in der Höhe des Kol- benbolzenlagers.
Der Grundkreis der Zylinderbohrung trägt wiederum das Bezugszeichen b. Die Form des Mantels an der Kolbenöffnung ist wie in Fig. 2 oval und mit c angegeben, wäh rend die Mantelform d in Höhe des Bolzen lagers sich jedoch aus konzentrischen Kreis bogenstücken g und h und aus sehnenartig verlaufenden Geraden<I>i</I> und k zusammen setzt. Die beschriebenen Kolbenformen bürgen so für einen einwandfreien Kolbenlauf selbst bei Höchstbelastungen.
Pistons for internal combustion engines. As is known, pistons for internal combustion engines must be manufactured with the greatest possible accuracy on their running surface with the greatest possible care. This applies preferably to light metal pistons. In particular, when forming the jacket, it must be taken into account that it deforms strongly on its supporting surface during operation due to the action of heat and the influence of the mechanical forces to be absorbed. The greater the load, the greater the deformation.
In order to achieve maximum engine performance regardless of these phenomena, it is necessary to train the piston so that it has a certain amount of play on all sides. The size of the fuel consumption and the service life also depend on the choice of the latter.
The aim is for the pistons to run with the smallest possible play when they are warm and under maximum load. The occurrence of jamming of the jacket must be avoided. For this purpose, the jacket was given an oval shape in cross section in known pistons.
It is still. known to form the jacket surface of the piston by stepped conical surfaces lined up. However, this does not result in a uniform position over the entire surface area. The heat transfer is therefore poor. In addition to non-load-bearing points, pressure points also arise that lead to the piston fretting.
There are also piston designs no longer new in which the piston with a circular cross-section in the longitudinal direction in the manner of a double cone or curvilinear, z. B. similar to a barrel, ge is ground. Such a shape should also avoid rattling who the.
Even if the running pattern is improved compared to a piston with a purely cylindrical shell, this design alone is not enough to achieve a uniform heat transfer over all cross-sections of the shell during operation without risk run that the piston jams or even eats, especially under heavy loads.
It has been found that with known pistons with an oval cross-section in the vicinity of the bolt a sufficient heat-conducting contact on the cylinder wall could not be achieved. Rather, it has been observed that in the deep recesses that were provided in order to avoid rubbing the piston in the vicinity of its pin, oil accumulates during operation, which tends to coke at the high temperature present. The residues that form can seriously interfere with the smooth operation of the engine.
The piston for internal combustion engines according to the invention differs from the known piston in that the running surface is curved in the longitudinal direction and that at least some of the cross sections of the piston have a shape deviating from the circular shape. The type of shell shape to be selected depends on the intended use of the piston and depends, for example, on the type of engine and the mode of operation of the piston. Experience has shown that the shape of the cut must therefore be determined on a case-by-case basis.
As a rule, it has proven to be useful to select the diameter of the piston in the direction of the piston to be somewhat smaller than perpendicular to it.
The figures of the drawing represent exemplary embodiments of the invention.
Fig. 1 shows the pistons according to Figs. 2-6 in view.
2 illustrates a cross section through a piston at the level of the piston pin bearing. Fig. SS-5 are plan views of Kol ben other embodiment.
6 illustrates a cross section through a further piston at the level of the piston pin bearing.
Fig. 1 shows the piston a according to FIGS. 2-6 in view, but distorted ge draws because the difference between the upper and lower diameter is practically only a few tenths of a millimeter. The running surface thus describes a slightly curved curve in the longitudinal direction of the piston.
In Fig. 2, the designated circle with b denotes the base circle of the cylinder bore, while c represents the shape of the piston skirt slightly deviating from the circular shape at the point of the largest piston cross-section. d is the outer shell shape of the piston in the cross section through the pin bearing. The largest diameter of the latter is perpendicular to the axis of the bolt and the smallest diameter is parallel to the bolt. The best running results can be achieved with such a piston.
In Fig. 3 b is again the basic circle of the cylinder bore, c is the shape of the piston skirt on the open end side and e is the shape in the ring part of the Kol ben. In both places, the smallest diameter is in the direction of the bolt axis. The upper edge of the piston labeled f is oval in the same direction, so the smallest diameter at this point is also parallel to the piston pin axis.
Fig. 4 shows a further possibility for the formation of the piston skirt. The tip circle is in turn denoted by f, but completely circular, so performed concentrically to b. The piston skirt is designed in such a way that it becomes oval downwards in cross section from the upper end face of the piston. The ovality in the ring part is directed parallel to the piston pin, while at the open end of the piston it runs at right angles to the piston pin. In Fig. 5, b is in turn understood to be the base circle of the cylinder bore and c denotes the shape of the jacket on the piston side of the open face.
The largest diameter at this point runs transversely to the longitudinal direction of the pin bearing, while the piston skirt at the level of the pin bearing is circular, so concentric to the base circle b, as the circle d illustrates. The upper edge of the piston on the piston crown, again designated by f, is, however, oval in contrast to c. The largest diameter here is parallel to the bolt. The jacket surface is designed in such a way that there is a gradual transition from one cross-sectional shape to the other in the longitudinal direction of the piston.
6 shows a cross section through a further piston at the level of the piston pin bearing.
The base circle of the cylinder bore again bears the reference symbol b. The shape of the shell at the piston opening is oval and indicated by c as in Fig. 2, while the shell shape d at the level of the bolt bearing is made up of concentric circular arc pieces g and h and of straight lines <I> i </ I which run like chords > and k is put together. The piston shapes described guarantee perfect piston running even under maximum loads.