Ovaler Kolben für Zweitaktbrennkraftmaschinen Die Mantelfläche eines
guten Brennkraftrnaschinenkolbens soll bekanntlich so gestaltet sein, daß der Kolben
in betriebswarmem Zustand und bei höchster Belastung mit dem kleinstmöglichen Spiel
läuft. Daraus ergibt sich unter Berücksichtigung der Verformungen, denen sowohl
der Kolben als auch der zugehörige Zylinder unter dem Einfluß der thermischen und
mechanischen Beanspruchungen nach der Inbetriebnahme unterliegt, daß man die tragenden
Mantelteile eines Kolbens so zu bearbeiten hat, daß sie im kalten und unbelasteten
Zustand von der Kreiszylinderform mehr oder weniger stark abweichen. Diese Forderung
ist in die Formel gekleidet worden, daß man den Kolben im Ouerschnitt entsprechend
den thermischen und mechanischen Beanspruchungen in verschiedener Weise längs und
quer zum Kolbenbolzen von der Kreisform abweichend ausbilden solle, wobei die Art
der zu wählenden Kurvenform sich nach dem Verwendungszweck des Kolbens zu richten
habe und z. B. davon abhänge, für welche Motorart und für welche Arbeitsweise der
Kolben Anwendung finden soll.Oval piston for two-stroke internal combustion engines
As is well known, a good internal combustion engine piston should be designed so that the piston
at operating temperature and under maximum load with the smallest possible play
runs. This results, taking into account the deformations, which both
the piston as well as the associated cylinder under the influence of thermal and
mechanical stresses after commissioning is subject to the fact that the load-bearing
The jacket parts of a piston have to be processed in such a way that they are cold and unloaded
State of the circular cylinder shape differ more or less strongly. This requirement
has been clad in the formula that the piston should be cross-sectioned accordingly
the thermal and mechanical stresses in various ways along and
should deviate from the circular shape across the piston pin, whereby Art
The curve shape to be selected should be based on the intended use of the piston
have and z. B. depend on which type of engine and for which mode of operation the
Pistons should be used.
Bei der Ermittlung der entsprechend dieser allgemeinen Richtlinie
jeweils geeigneten Querschnittskurvenform geht man gewöhnlich von einem ovalen Grundquerschnitt
aus, dessen Hauptachsen sich nach der voraussichtlichen radialen Wärmedehnung des
Kolbens in der Richtung der Kolbenbolzenachse und in der dazu senkrechten Richtung
leicht bestimmen lassen. Dabei kommt es nicht darauf an, eine zu den ermittelten
Hauptachsen passende exakte Ellipsenform als Grundquerschnittsform auszuwählen.
Es ist vielmehr üblich, auch andere durch im Betrieb vorhandene Ovaldrehbänke oder
Ovalschleifmaschinen herstellbare Ovalforinen anzuwenden, die jedoch alle mit der
reinen Ellipsenforin das Merkmal gemeinsam haben, daß sie zu beiden Hauptachsen
symmetrisch sind. Diese Ovalgrundformen werden dann entsprechend den Eigenheiten
der betreffenden Kolben- und/oder Zylinderbauart noch korrigiert, indem man z. B.
an einzelnen Stellen der Ovalform, an denen sich bei einem Probelauf Druckstellen
zeigten, nachträglich noch Abplattungen anbringt.When determining the according to this general guideline
appropriate cross-sectional curve shape is usually assumed to be an oval basic cross-section
whose main axes are based on the expected radial thermal expansion of the
Piston in the direction of the piston pin axis and in the direction perpendicular to it
can be easily determined. It is not a question of one of the determined
Select an exact elliptical shape suitable for the main axes as the basic cross-sectional shape.
Rather, it is common to use other oval lathes or lathes in the company
Apply oval shapes that can be produced by oval grinding machines, but all of them with the
pure ellipses have the feature in common that they are to both main axes
are symmetrical. These basic oval shapes are then made according to the peculiarities
the relevant piston and / or cylinder type still corrected by z. B.
at individual points of the oval shape where pressure points appear during a test run
showed, later still applies flattening.
Das an jedem einzelnen Kolben zu tun, wäre natürlich umwirtschaftlich.
Man verwendet dieses Verfahren daher nur bei der Serienherstellung großer Mengen
gleichartiger Kolben und bearbeitet dabei durch Ovalschleifen und nachträgliches
Anbringen von örtlichen Korrekturen nicht die Kolben selbst, sondern einen sogenannten
Meisternocken, nach dem die Kolben dann mechanisch kopiert werden. Hierbei spielt
bei genügend großen Serien der Mehraufwand für die schwierige Formgebung der Meisternocken
keine Rolle, man ist aber doch weitgehend auf Handarbeit und damit auf das »Gefühl«
des betreffenden Werkzeugmachers angewiesen, und es ist daher schwierig, für große
Serien zwei oder mehr unter sich vollkominen gleiche derart korrigierte Meisternocken
herzustellen. Bei der Fabrikation von Kolben, die nur in geringer Stückzahl verlangt
werden, spielen außerdem die Bearbeitungskosten für den Meisternocken eine Rolle.Doing this on every single piston would of course be uneconomical.
This process is therefore only used in the series production of large quantities
similar piston and machined by oval grinding and subsequent
Applying local corrections not the piston itself, but a so-called
Master cam, after which the pistons are then mechanically copied. Here plays
if the series is large enough, the additional effort for the difficult shaping of the master cam
does not matter, but one is largely on handwork and thus on the "feeling"
instructed by the toolmaker in question, and it is therefore difficult for large
Series of two or more completely identical master cams corrected in this way
to manufacture. In the manufacture of pistons, which is only required in small numbers
the processing costs for the master cam also play a role.
Deshalb zieht man es häufig vor, auf örtliche Korrekturen, die zu
von leicht herstellbaren Ovalformen abweichenden Umfangskurven: führen würden, zu
verzichten und statt dessen einfach durch noch stärkere Verkürzung der kleinen Ovalachse
den Gesamtumfang so zu verändern, daß die vorher ermittelten örtlichen Druckstellen
innerhalb desselben liegen. Mit dieser Vereinfachung ist natürlich an einzelnen
Stellen das Spiel zwischen Kolben und Zylinderwand etwas vergrößert, und es gibt
Fälle, in denen man sich die Vereinfachung deshalb nicht leisten kann, weil sie
mit einer allzu großen örtlichen Zunahme des Kolbenspieles erkauft werden müßte.That is why it is often preferred to apply for local corrections
Circumferential curves deviating from easily manufactured oval shapes: would lead to
and instead simply by shortening the small oval axis even more
to change the overall scope so that the previously determined local pressure points
lie within it. With this simplification it is natural to individual
Make the clearance between the piston and cylinder wall slightly increased and there is
Cases in which the simplification cannot be afforded because it
would have to be bought with an all too great local increase in the piston clearance.
Dies ist insbesondere bei denjenigen Kolben der Fall, auf die sich
die vorliegende Erfindung bezieht, nämlich bei Kolben für Zweitaktbrennkraftmaschinen
mit Überströmschlitzen. Bei Brennkraftmaschinen dieser Art bleiben die Zylinder
im Bereich der Überströmöffnungen wesentlich kühler als im Bereich der dazu senkrechten
Durchmesserrichtung, in welchem gewöhnlich die Auspuffschlitze liegen. Dadurch ergibt
sich eine zusätzliche Tendenz zur Ovalverformung des Kolbens. Das kann nicht unbeachtet
bleiben, sondern es muß bei der Querschnittsgestaltung des Kolbens neben dessen
Tendenz zu bevorzugter Wärmedehnung in Richtung der Bolzenachse auch berücksichtigt
werden, daß der Kolben den durch die relative Zylinderverengung im Bereich der Überströmöffnungen
gebildeten Engpaß überwinden muß, ohne daß dabei an anderen Stellen, insbesondere
im Bereich
der Auspuffschlitze, Spielvergrößerungen eintreten, welche
die Dichtwirkung des Kolbenschaftes beeinträchtigen würden.This is particularly the case with those pistons on which
the present invention relates to pistons for two-stroke internal combustion engines
with overflow slots. In internal combustion engines of this type, the cylinders remain
significantly cooler in the area of the overflow openings than in the area of the perpendicular ones
Diameter direction in which the exhaust ports are usually located. This results in
there is an additional tendency towards oval deformation of the piston. That cannot be ignored
stay, but it must be in addition to the cross-sectional design of the piston
The tendency towards preferred thermal expansion in the direction of the bolt axis is also taken into account
that the piston is affected by the relative cylinder constriction in the area of the overflow openings
formed bottleneck must overcome without doing in other places, in particular
in the area
of the exhaust ports, increases in clearance occur, which
would impair the sealing effect of the piston skirt.
Dem wird erfindungsgemäß ohneKomplizierung der Querschnittsform und
ohne unnötige Vergrößerung der Ovalität des Kolbens dadurch Rechnung getragen, daß
ein Kolben mit ovalem Schaftquerschnitt ohne zusätzliche Abplattungen Verwendung
findet, wobei jedoch die kleinen Ovalachsen der Kolbenquerschnitte gegenüber der
durch die Kolbenbolzenachse gehenden Längsschnittebene des Kolbens in gleichem Sinne
versetzt sind wie die Überströmöffnungen des Zylinders. Ist die Versetzung der letzteren
klein, insbesondere kleiner als 30°, so kann man Kolbenquerschnittsformen anwenden,
deren kleine Achsen parallel zur Verbindungslinie durch die Mitten der Überströmöffnungen
gerichtet sind. Bei stärkerer Versetzung der Überströmöffnungen empfiehlt es sich
dagegen, für die Ovalachsen der Kolbenquerschnitte einen etwas kleineren Verdrehungsgrad
zu wählen. Geringfügige Abweichungen zwischen der Ovalachse und der genannten Längsschnittebene
durch die Kolbenbolzenachse, die innerhalb der üblichen Fertigungstoleranzen liegen
und 7 Winkelgrade nicht überschreiten, gelten nicht als »versetzt« bzw. »verdreht«
im Sinne des vorliegenden Problems und liegen daher außerhalb des von der Erfindung
umspannten Bereiches.This is achieved according to the invention without complicating the cross-sectional shape and
without unnecessary enlargement of the ovality of the piston taken into account that
a piston with an oval shaft cross-section without additional flattening
finds, but the small oval axes of the piston cross-sections compared to the
through the piston pin axis going through the longitudinal sectional plane of the piston in the same sense
are offset like the overflow openings of the cylinder. Is the displacement of the latter
small, especially smaller than 30 °, piston cross-sectional shapes can be used,
their minor axes parallel to the connecting line through the centers of the overflow openings
are directed. It is recommended if the overflow openings are more strongly offset
on the other hand, a slightly smaller degree of twist for the oval axes of the piston cross-sections
to choose. Slight deviations between the oval axis and the mentioned longitudinal section plane
through the piston pin axis, which are within the usual manufacturing tolerances
and do not exceed 7 degrees of angle are not considered to be "offset" or "twisted"
within the meaning of the present problem and are therefore outside of the scope of the invention
spanned area.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand an Hand einer schematischen
Darstellung veranschaulicht. Dabei ist mit 1 die Kontur des Laufflächenquerschnittes
bezeichnet, welche ein kreisrund ausgebohrter Zylinder mit zwei einander gegenüberliegenden
Überströmöffnungen 2 in kaltem Zustand aufweist. Die Überströmöffnungen sind nach
der Achse X-X orientiert, welche bei dem gezeichneten Beispiel durch die geometrische
Längsachse des Zylinders geht und gegenüber der Bolzenachse Y-Y des im Zylinder
1 laufenden Kolbens verdreht ist. Die Kontur des in kaltem Zustand ovalen Kolbenschaftes
ist mit 3 bezeichnet. In ihr ist die Ovalität der Anschaulichkeit halber stark übertrieben
dargestellt. Man sieht, daß die kleine Ovalachse Z-Z nicht wie üblich mit der Bolzenachsrichtung
Y-Y zusammenfällt, sondern zwischen den Achsen X-X und Y-Y liegt. Gleichwohl dehnt
sich der Kolben bei Erwärmung auf Betriebstemperatur natürlich am stärksten in der
Richtung der Pfeile 4 in der Achse Y-Y und am schwächsten in der dazu senkrechten
Durchmesserrichtung und nimmt daher eine Form an, welche der gestrichelten Linie
3' entspricht, wobei der Ausdehnungsmaßstab der Übersichtlichkeit halber ebenfalls
stark übertrieben gewählt wurde. Um dieselbe Kontur bei nach der Achse Y-Y orientierter
Ovalität des Kolbenschaftes zu erhalten, hätte man zusätzlich zur Ovalität im Bereich
der Achse X-X noch verhältnismäßig starke Abplattungen vorsehen müssen. Der Querschnitt
der Zylinderlaufbahn nimmt in betriebswarmem Zustand die Form der Linie 1' an, welche
im wesentlichen parallel zur Linie 3' verläuft und deswegen von der Kreisform abweicht,
weil der Zylinder im Bereich der Öffnungen 2 verhältnismäßig kühlt bleibt und daher
an diesen Stellen eine weniger starke Ausdehnung erfährt, was in der Figur durch
die Pfeile 5 angedeutet ist.In the drawing, the subject matter of the invention is based on a schematic
Illustration illustrated. Here, 1 is the contour of the tread cross-section
denotes, which is a circular bored cylinder with two opposite one another
Has overflow openings 2 in the cold state. The overflow openings are after
the axis X-X oriented, which in the example shown by the geometric
Longitudinal axis of the cylinder goes and opposite the bolt axis Y-Y of the in the cylinder
1 running piston is twisted. The contour of the piston skirt, which is oval when cold
is denoted by 3. In it, the ovality is greatly exaggerated for the sake of clarity
shown. It can be seen that the small oval axis Z-Z does not, as usual, correspond to the direction of the bolt axis
Y-Y coincides, but lies between the axes X-X and Y-Y. Nevertheless stretches
of course, when the piston is heated to operating temperature, it is most strongly in the
Direction of arrows 4 in the Y-Y axis and weakest in the perpendicular to it
Diameter direction and therefore assumes a shape which is the dashed line
3 ', the expansion scale also for the sake of clarity
was chosen greatly exaggerated. Around the same contour with oriented on the Y-Y axis
To maintain the ovality of the piston skirt would have to be in addition to the ovality in the area
the axis X-X still have to provide relatively strong flattening. The cross section
the cylinder liner assumes the shape of the line 1 'when at operating temperature, which
runs essentially parallel to line 3 'and therefore deviates from the circular shape,
because the cylinder remains relatively cool in the area of the openings 2 and therefore
at these points experiences a less strong expansion, which is reflected in the figure
the arrows 5 is indicated.