DE1034922B - Leichtmetallkolben fuer Brennkraftmaschinen - Google Patents
Leichtmetallkolben fuer BrennkraftmaschinenInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J1/00—Pistons; Trunk pistons; Plungers
- F16J1/02—Bearing surfaces
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- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen mit Laufflächenschutzschichten
aus Werkstoffen mit guten Notlaufeigenschaften, z. B. Kupfer-, Zinn- oder Bleilegierungen oder aus Kunstharz-Graphit-Mischungen,
welche in Vertiefungen des Kolbenschaftes eingebettet sind.
Derartige Schutzschichten sollen dazu dienen, um bei extremen Betriebszuständen, z. B. bei vorübergehendem
Schmierstoff mangel, wie er insbesondere bei Kaltstart vorkommt, oder an örtlich überhitzten
und daher zum Drücken neigenden Stellen eine gewisse Notschmierung zu gewährleisten. Außerdem
sollen sie beim Einlaufen eine raschere Anpassung des
Kolbens an die Zylinderlauffläche ermöglichen.
Um diese Ziele zu erreichen, ist bereits vorgeschlagen worden, alle zum Tragen kommenden. Laufflächen
eines Leichtmetallkolbens aus Werkstoffen der eingangs erwähnten Art zu bilden, und zwar entweder
durch Überziehen der ganzen Kolbenmantelfläche mit solchen Werkstoffen, oder durch Anordnung von aus
ihnen gebildeten Tragringen, welche die übrige Mantelfläche überragen.
Durch die erstgenannte Methode ist zwar die ganze Manteltragfläche gleichmäßig geschützt, der Schutz
hält aber nicht lange Zeit vor, weil die ihrer Natur nach weichen Belagwerkstoffe verhältnismäßig rasch
abgerieben werden. Diesen Nachteil dadurch zu vermeiden, daß man die Schichtstärke von vornherein
entsprechend groß wählt, verbietet sich deshalb, weil sonst bei fortschreitendem Verschleiß das Laufspiel
zwischen Kolben und Zylinderwand unzulässig groß würde.
Den nach der zweitgenannten Methode verwendeten Tragringen oder Laufbüchsen, welche nur einen Teil
der Kolbenmantelflächen bedecken, haftet dieser Mangel sogar in verstärktem Maße an, weil bei ihnen der
Verschleiß infolge Verkleinerung der zum Tragen kommenden Flächen und damit verbundener Vergrößerung
der spezifischen Flächenbelastung noch rascher vor sich geht. Außerdem ist es bei dieser Bauweise
nachteilig, daß die bisher verwendeten verhältnismäßig starkwandigen Tragringe oder Laufbüchsen
auch starkwandige Kolbenschäfte und damit verhältnismäßig große Kolbengewichte bedingen. Dazu
kommt noch, daß es bei Verwendung massiver Tragringe nicht leicht ist, diese fest mit dem Kolbenwerkstoff
zu verbinden und daß solche Ringe oder Büchsen daher immer dazu neigen, sich im Betrieb zu lockern.
Soweit sie aus graphitähnlichen Massen bestehen, besteht außerdem die Gefahr, daß sie zerbrechen.
Es ist ferner bereits bekannt, zum Zweck der Verbesserung der Abdichtung und der Schmierung der
Laufflächen die Schaf te von Leichtmetallkolben mit quer zur Kolbenlängsachse gerichteten ring- oder schrau-Leichtmetallkolben
für Brennkraftmaschinen
für Brennkraftmaschinen
Anmelder:
Hermann Mahle,
Stuttgart, Leibnizstr. 73,
und Dipl.-Ing. Dr.-Ing.e.h. Ernst Mahle,
Stuttgart, Rappweg 3
Stuttgart, Leibnizstr. 73,
und Dipl.-Ing. Dr.-Ing.e.h. Ernst Mahle,
Stuttgart, Rappweg 3
Hermann Mahle
und Dipl.-Ing. Dr.-Ing. e. h. Ernst Mahle, Stuttgart,
sind als Erfinder genannt worden
sind als Erfinder genannt worden
bengangartig verlaufenden, sich gegebenenfalls kreuzenden Nuten von geringer Tiefe und Breite zu versehen,
in denen sich Schmieröl oder andere schmierend wirkende Materialien durch Kapillarwirkung halten
können. Dabei ist jedoch die Menge des gespeicherten Schmiermittels infolge des kleinen Volumens der
Nuten gering, und infolgedessen ist eine Notschimierung nur über sehr kurze Zeiträume gewährleistet.
Außerdem genügt die durch die schmalen Nuten erzielte Unterteilung der Tragflächen nicht, um den
Einlaufvorgang zu beschleunigen.
Außerdem ist es bekannt, Kolbenschäfte mit einer Anzahl breiter und tiefer Rillen zu versehen und diese
mit einer pastosen Mischung aus einem Schmiermittel und einem hochhifzebeständigen Werkstoff zu füllen,
die nicht nur als Schmiermittel, sondern ausdrücklich auch als Dichtmittel wirken soll, das sich über die
ganze Kolbenwand ausbreitet. Es handelt sich hier also um eine Art Überzug des ganzen Kolbenschaftes,
der sich zwar bei Abrieb aus dem in den Rillen gespeicherten Vorrat bis zu einem gewissen Grad ergänzen
kann, aber über längere Zeit doch nicht vorhält, und der außerdem — weil er den ganzen Kolbenschaft
bedeckt — den Wärmeübergang von diesem zur Zylinderwand in unerwünschter Weise hemmt.
Zu einem anderen Zweck, nämlich um den Verschleiß von gleitender Reibung ausgesetzten Laufflächen
besonders von Zylinderlaufflächen· zu vermindern, hat man auch schön band- oder streifenartige
Einlagen oder Beläge aus härteren Werkstoffen, z. B. aus Nitrierstahl oder aus Chrom, vorgesehen, deren
tragende Flächen mit der übrigen Fläche des betreffenden Maschinenteiles bündig sind. Es ist einleuchtend,
daß dadurch die nicht bewehrten Flächenteile iiiit-
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geschützt sind, weil der auf den betreffenden Flächen reibende Gegenlaufteil in jedem Falle auf den härteren
Einlagen eine Stütze findet und daher auch die weicheren Flächenteile nicht stärker abreiben kann als die
Einlagen. Die eingangs erwähnten Ziele werden aber mit solchen Einlagen nicht erreicht.
Der Erfindung liegt nun die Erkenntnis zugrunde, daß bei ähnlicher Anordnung und Ausbildung von
band- oder streifenartigen Zonen aus weichen Werkstoffen mit guten Notlaufeigenschaften in den Schaftflächen
von Leichtmetallkolben nicht nur der vorzeitige Abrieb dieser weicheren Zonen verhindert, sondern
unerwarteterweise auch ein wirksamer Schutz der frei gebliebenen und auf gleichem Niveau liegenden
Leichtmetallzonen im Sinne der eingangs erwähnten Aufgabenstellung ermöglicht werden kann.
Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, bei einem Leichtmetallkolben der eingangs erwähnten Art
in an sich bekannter Weise Vertiefungen in Form von quer zur Kolbenlängsachse gerichteten, ring- oder ao
schraubengangartig verlaufenden, sich gegebenenfalls kreuzenden Nuten mindestens in den dem Kolbenkopf
benachbarten Mantelteilen und im Bereich von den Mantel versteifenden Rippen so anzuordnen, daß
durch sie die tragenden Leichtmetallflächen des Mantels
mehrfach unterbrochen werden, dabei aber diese Nuten so zu bemessen, daß ihre radiale Tiefe ein
Hundertstel des Kolbendurchmessers nicht überschreitet, während ihre axiale Breite ein Mehrfaches davon
ausmacht, und ferner diese Vertiefungen nur bis zur Höhe der zwischen ihnen stehengebliebenen Leichtmetallteile
mit guten Notlaufeigenschaften und eine geringere Härte als der Kolbenwerkstoff aufweisenden
Werkstoffen auszufüllen, so daß eine abwechselnd aus Leichtmetallzonen und aus dem Schutzwerkstoff
bestehenden Zonen gebildete unabgesetzte Lauffläche entsteht.
Daß hierbei die mit dem Schutzwerkstoff bedeckten Zonen in genau derselben Weise geschützt sind wie die
Laufflächen ganz mit Zinn, Graphit od. dgl. überzögener Kolbenschäfte, ist selbstverständlich. Daß auch
die danebenliegenden, nicht von einem Werkstoff mit guten Notlaufeigenschaften bedeckten Zonen geschützt
sind, kann man sich so erklären, daß bei örtlicher Erhitzung einer in einer nicht unmittelbar geschützten
Leichtmetallzone liegenden Stelle ein Teil des sich nunmehr stärker dehnenden und infolgedessen gegen
die Zylinderlaufbahn drückenden Leichtmetalls die Möglichkeit hat, in die benachbarten Vertiefungen
auszuweichen, wobei dort ein Teil des weicheren Füll-Werkstoffes heraustritt, sich über die gefährdete Stelle
verteilt und die »Notschmierung« übernimmt. Es ist einleuchtend, daß hierbei ein Verbrauch des Füllstoffes,
der ja im übrigen gegen Abrieb durch die benachbarten Leichtmetallzonen geschützt ist, nur in
wirklichen Notfällen eintritt und daß daher eine Schutzwirkung auch nach langen Laufzeiten noch gegeben
ist.
Natürlich tritt auch bei Kolben mit eingefügten und über die übrige Mantelfläche hinausragenden Tragringen
oder Laufbüchsen nach einer gewissen Laufzeit, nämlich wenn die vorstehenden Ringe oder
Buchsenteile abgerieben sind, ebenfalls der Zustand ein, daß der Kolbenschaft eine abwechselnd aus
Leichtmetallzonen und aus dem Ring- oder Buchsenwerkstoff gebildete unabgesetzte Lauffläche aufweist.
Dann ist aber auch das Laufspiel zwischen dem Kolben und dem zugehörigen Zylinder schon so vergrößert,
daß man keinen gebrauchsfähigen Kolben mehr vor sich hat.
Ähnlich verhält es sich mit Kolben, deren Lauffläche zunächst durch Ätzen mit mehr oder weniger
feinen Poren versehen wurde und auf die dann eine zusammenhängende Schutzschicht aus Zinn, Graphit
od. dgl. aufgebracht ist. Auch hier kann eine aus nebeneinanderliegenden Zonen von verschiedener Beschaffenheit
gebildete Lauffläche erst zum Vorschein kommen, wenn bereits ein Verschleiß eingetreten ist,
den zu verhindern eines der Ziele der Erfindung darstellt. Hinzu kommt in diesem Falle noch, daß die
nach dem Freilegen der Leichtmetallfläche verbliebenen, mit dem Schutzwerkstoff ausgefüllten Poren
einen viel zu geringen Raum einnehmen, um dem Leichtmetall notfalls ein Ausweichen zu ermöglichen.
In dieser Hinsicht ist beim Erfindungsgegenstand die band- oder streifenartige Anordnung, verbunden mit
einer etwa dem Einbauspiel entsprechenden Tiefe der zur Aufnahme des Schutzwerkstoffes bestimmten
Hohlräume wesentlich.
Im übrigen ist es zweckmäßig, die ring-, schraubengang- oder netzförmig verlaufenden, zur Aufnahme
des selbstschmierenden Materials bestimmten Vertiefungen in solcher Anzahl und in solchen Abmessungen
vorzusehen, daß der von ihnen eingenommene Flächenanteil des Kolbenmantels mehr als ein
Drittel der gesamten Mantelfläche einnimmt.
Dabei sollte man die zwischen ihnen liegenden Leichtmetalloberflächenteile um so kleiner halten, je
gefährdeter die betreffende Mantelzone ist. Es empfiehlt sich daher, die Vertiefungen in den dem Kolbenkopf
benachbarten Mantelteil und in den Teilen des Mantels, weiche im Bereich von mit dem Kolbenkopf
in Verbindung stehenden Rippen liegen, dichter nebeneinander anzuordnen als im Bereich des offenen
Schaftendes und dünnwandiger elastischer Mantelteile.
Die radiale Tiefe der Nuten kann derart variiert werden, daß sie etwa dem Einbauspiel zwischen der
Oberfläche des Kolbenschaftes und der Zylinderwand an der entsprechenden Stelle entspricht.
Das Einbringen der selbstschmierenden Werkstoffe in die Vertiefungen kann nach beliebigen bekannten
Verfahren erfolgen, z. B. durch Aufspritzen.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Der Mantel 1
des in Fig. 1 gezeigten Leichtmetallkolbens enthält eine schraubengangartig verlaufende Vertiefung,
welche mit einem vorzugsweise durch Spritzen aufgebrachten metallischen oder nichtmetallischen Belag 2
ausgefüllt ist. Beim Beispiel nach Fig. 2 sind eine Reihe ringförmiger, mit einem selbstschmierenden
Material 2 ausgefüllter Vertiefungen so angeordnet, daß diese im Bereich des Kolbenkopfes näher beieinander
liegen als im Bereich des offenen Schaftes.
Claims (4)
1. Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen mit Laufflächenschutzschichten aus Werkstoffen
mit guten Notlaufeigenschaften, z. B. aus Kupfer-, Zinn- oder Bleilegierungen oder aus Kunstharz-Graphit-Mischungen,
welche in Vertiefungen des Kolbenschaftes eingebettet sind, gekennzeichnet durch die Kombination der Merkmale, daß Vertiefungen
in Form von quer zur Kolbenlängsachse gerichteten ring- oder schraubengangartig verlaufenden,
sich gegebenenfalls kreuzenden Nuten mindestens in den dem Kolbenkopf benachbarten
Mantelteilen und im Bereich von den Mantel versteifenden Rippen so angeordnet sind, daß durch
sie die tragenden Leichtmetallflächen des Mantels
mehrfach unterbrochen werden, daß ferner die radiale Tiefe dieser Nuten ein Hundertstel des
Kolbendurchmessers nicht übersteigt, während ihre axiale Breite ein Mehrfaches davon ausmacht,
und daß schließlich diese Nuten nur bis zur Höhe der zwischen ihnen stehengebliebenen Leichtmetallteile
mit gute Notlaufeigenschaften und eine geringere Härte als der Kolbenwerkstoff aufweisenden
Werkstoffen ausgefüllt sind.
2. Leichtmetallkolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der von den Nuten eingenommene
Flächenteil des Kolbenmantels mehr als ein Drittel der gesamten Mantelfläche beträgt.
3. Leichtmetallkolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten in den dem
Kolbenkopf benachbarten Mantelteilen und in denjenigen Teilen des Mantels, welche im Bereich von
mit dem Kolbenkopf in Verbindung stehenden Rippen liegen, dichter nebeneinander angeordnet
sind als im Bereich des offenen Schaftendes und dünnwandiger elastischer Mantelteile.
4. Leichtmetallkolben nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
radiale Tiefe der einzelnen Nuten etwa dem Spiel zwischen der Oberfläche des Kolbenschaftes und
der Zylinderwand an der entsprechenden Stelle entspricht.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 680 384, 718 866;
französische Patentschrift Nr. 854 252;
britische Patentschrift Nr. 512 134;
USA.-Patentschriften Nr. 1 373 714, 1 549 486,
951 959, 1 955 292, 2 043 424, 2 292 662.
Deutsche Patentschriften Nr. 680 384, 718 866;
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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
© 809 578/224 7.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEM17347A DE1034922B (de) | 1953-02-13 | 1953-02-13 | Leichtmetallkolben fuer Brennkraftmaschinen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEM17347A DE1034922B (de) | 1953-02-13 | 1953-02-13 | Leichtmetallkolben fuer Brennkraftmaschinen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1034922B true DE1034922B (de) | 1958-07-24 |
Family
ID=7297432
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DEM17347A Pending DE1034922B (de) | 1953-02-13 | 1953-02-13 | Leichtmetallkolben fuer Brennkraftmaschinen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE1034922B (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 1953-02-13 DE DEM17347A patent/DE1034922B/de active Pending
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DE102012112723B4 (de) | 2012-12-20 | 2023-04-27 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Kolben für eine Brennkraftmaschine sowie Verfahren zur Herstellung eines derartigen Kolbens |
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