DE1073257B - Ungeschützter Vollschaftkolben aus Leichtmetall insbesondere fur Dieselmotor - Google Patents

Description

• Ungeschlitzter Vollschaftkolben aus Leichtmetall, insbesondere für Dieselmotore Bei Leichtmetallkolben mit Einlagen, welche die Form des Kolbens bei der Erwärmung steuern, ist in der Regel eine Querschlitzung in der Ölringnut vorgesehen, welche den Schaft teilweise vom Kolbenkopf trennt, damit die erwünschten Bewegungen des Schaftes nicht durch den Kolbenkopf in unerwünschter Weise gehemmt werden: Bei Kolben für Dieselrnotore mit hohen Mitteldrücken wird die Betriebssicherheit durch solche Querschlitze beeinträchtigt. Man hat daher vorgeschlagen, an Stelle der Querschlitze mit geringer Wandstärke zwischen Kolbenkopf und Schaft anzuordnen. Diese hemmen jedoch in ähnlicher Weise wie Querschlitze den,erwünschten Wärmeabfluß vom Kolbenkopf zum Schaft.
• Die Erfindung bezweckt, Leichtmetallkolben mit Regeleinlagen, insbesondere für Dieselmotore, so auszubilden, daß unter Wahrung ausreichender Metallquerschnitte zwischen Külbenkopf und Schaft ein guter Wärmeabfluß vom Kolbenkopf zu den kühleren Teilen des Schaftes stattfinden kann, gleichzeitig aber die erwünschte Steuerung der Form des Kolbenschaftes bei der Wärmedehnung gewährleistet ist. Dabei geht die Erfindung von Vollschaftkolben aus Leichtmetall aus, in welchen die Wärmedehnung steuernde hülsenförmige Einlagen aus einem Metall geringerer Wärmedehnungszahl angeordnet sind, welche mit Teilen des Schaftes eine Bimetallwirkung ergeben.
• Erfindungsgemäß gehen die hülsenförmigen Einlagen bei einem ungeschlitzten Vollschaftkolben aus Leichtmetall zumindest im Bereich der tragenden Schaftflächen von der unteren Flanke der oberen ölringnut aus und liegen mit ihrer Innenseite auf dem vom Kolbenkopf zum Schaftende durchgehenden Kolbenschaft oder zumindest auf in dieser Richtung durchlaufenden Wandteilen auf, während sie auf ihrer Außenseite in an sich bekannter Weise völlig von Leichtmetall abgedeckt sind. Dabei bildet die Einlage mit der äußeren Abdeckung einen die Kolbenform bei der Erwärmung steuernden Bimetallkörper, der sich unter Umständen von den vom Kolbenkopf zum Schaftende durchlaufenden Schaftteilen stellenweise abheben kann.
• Der obere Rand der Hülse kann auf deren ganzem Umfang von der oberen Ölringnut angeschnitten sein. Sofern eine untere Ölringnut am Kolben vorgesehen ist, was bei Kolben für Dieselmotore häufig der Fall ist, kann der untere Rand der hülsenförmigen Einlage ganz oder auf einem Teil des Umfanges bis an die obere Flanke dieser Nut reichen oder auch im Ab- stand vor dieser enden. Durch die verschiedenen Ausführungsformen kann die Regelwirkung nach Wunsch modifiziert werden.
• In der Regel wird der innerhalb der Hülse liegende Teil der Schaftwand dicker sein als der außerhalb der Hülse liegende Teil, welcher zusammen mit der Einlage die Bimetallwirkung ergibt. Im Interesse einer guten Wärmeableitung kann der innerhalb der hülsenförmigen Einlage befindliche Teil der Schaftwand doppelt so dick oder mehrfach so dick wie der außerhalb der Hülse liegende Teil ausgeführt werden.
• Erfindungsgemäß ist also neben dem äußeren Bimetallglied, das aus einer einstückigen oder einfach oder mehrfach axial geschlitzten Schwermetallbuchse und dem daran außen angegossenen Laufmantel des Kolbens aus Aluminiumlegierung besteht, eine starkwändige Innenpartie des Kolbens geschaffen, welche die Wärmemengen vom Kolbenkopf nach den küh- leren Kolbenschaftteilen, insbesondere nach dem unteren Kolbenende, abführt und dabei noch durch die von der Kurbelwelle und der Pleuelbewegung hervorgerufene Olspritzkühlung gekühlt werden kann.
• , Die Unterschiede zwischen der linearen Wärmedehnung von Leichtmetall und Schwermetall kommen dabei nicht nur in der bimetallischen Verformung der beiden Außenschichten zur Wirkung. Durch die größere Schrumpfung des starkwandigen Innenteiles des Schaftes aus Leichtmetall schrumpft dieser von der hülsenartigen Schwermetalleinlage nach innen weg und gibt dadurch dem Bimetallteil den Weg zur wirksamen Verformung frei.
• Bei der Bearbeitung des Kolbens, in dessen Schaft die einteilige, ungeschlitzte oder geschlitzte bzw. mehrteilige Hülse eingegossen ist, kann - die obere Ölringnut so eingestochen werden, daß dadurch der Hülsenrand freigelegt wird. Gleiches gilt für eine etwa vorgesehene untere Ölringnut. Dadurch wird die Ablösung des äußeren bimetallischen Körpers von dem inneren Schaftteil des Kolbens möglich. Die Kolbenringnuten können aber auch schon beim Gießvorgang an den Ebenen der beiden Hülsenenden vorgesehen werden.
• Weitere Einzelheiten und Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele.
• Fig. 1 und 2 zeigen in senkrechtem Mittelschnitt und im Querschnitt durch die Kolbenbolzenachse einen Leichtmetallkolben, bei welchem der Kolbenkopf 1 am Boden der Ölringnut 5 vorbei in den starkwandigen Innenteil 2 des Kolbenschaftes übergeht. Die aus Schwermetall bestehende Hülse 3 ist derart in den Kolbenwerkstoff eingegossen, daß sie außen vollständig von dem Schaftmantel 4 aus Leichtmetall abgedeckt ist, mit welchem sie ein bimetallisches Aggregat 3, 4 bildet. Die obere Ölringnut 5 und die untere Ölringnut 6 sind so eingestochen, daß der obere und der untere Hülsenrand in den Ebenen 12 und 13 bis an die Flanken dieser Ringnuten reichen. Die Hülse 3 wird durch das Bolzenauge 7 gehalten und ist sowohl gegen axiale Verschiebung als auch gegen Drehung in der Umfangsrichtung gesichert. Während des Guisses des Kolbens in der Kokille wird die Hülse durch in die Löcher 8 ragende Verankerungsglieder gehalten.
• Der in Fig. 2 dargestellte Grundriß läßt erkennen, daß die Hülse eine von der Kreisform abweichende Gestalt haben kann. Im Bereich des einen Bolzenauges ist die Hülse abgeflacht und verläuft in Richtung einer Sehne, während an dem anderen Bolzenauge ein mehrkantiger Verlauf der Hülsenwand dargestellt ist. Die Hülse kann auf der einen tragenden Fläche des Kolbenschaftes einen axial verlaufenden Schlitz 9 aufweisen und gegebenenfalls auf der gegenüberliegenden tragenden Fläche einen weiteren Schlitz 15, so daß sie in diesem Fall aus zwei Teilen besteht.
• Geschlitzte Hülsen bieten den Vorteil, daß sie aus Bandmaterial gestanzt und gebogen werden können. Ferner bieten die Schlitze die Möglichkeit, die Verformung des Kolbens an bestimmten Stellen des Umfanges unsymmetrisch züi gestalten, was besonders für die richtige Einpassung von thermisch ungleichmäßig belasteten Kolben, z. B. bei Zweitaktmotoren, von Bedeutung ist.
• Durch die Ziffer 10 in Fig. 1 ist angedeutet, daß der dickwandige Teil 2 des Kolbenschaftes sich bei der Erstarrung des Rohlings von der Hülse 3 abheben und einen schmalen Spalt bilden kann.
• Fig. 3 und 4 zeigen ebenfalls im axialen Mittelschnitt und im Querschnitt eine Ausführungsform, bei welcher der starkwandige Innenteil 2 des Schaftes sich nicht über den ganzen Umfang erstreckt, sondern nur im Bereich der beiden Bolzenaugen und der beiden tragenden Schaftflächen vorhanden ist. Dazwischen liegen axiale Aussparungen 11, durch welche die Wärmeverformung des Kolbens beeinflußt wird. Auch ist in diesem Fall die Höhe der Hülse an den verschiedenen Stellen des Umfanges verschieden, so daß sich Aussparungen bzw. Randausschnitte 14 gegenüber den Ebenen 12 und 13 ergeben. Infolge dieser Aussparungen werden die beiden Hülsenenden beim Einstechen der Ringnuten nur auf Teilen des Umfanges angeschnitten.
• # Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform im axialen Mittelschnitt, bei welcher die Hülse 3 zwar von der unteren Flanke der oberen Ölringnut 5 ausgeht, aber mit ihrem unteren Rand 16 in einem gewissen Ab- stand vor der unteren Ölringnut 6 endet. Durch solche Abweichungen der Bauart können die Regelwirkungen in den verschiedenen Höhenlagen des Schaftes nach Wunsch geändert bzw. beeinflußt werden.
• Fig. 6 und 7 zeigen in perspektivischer Ansicht Teile von hülsenförmigen Einlagen, von denen die in Fig. 6 dargestellte einen ktirvenförmig begrenzten Randausschnitt 21 hat, während die in Fig. 7 gezeigte verschieden geformte Lochungen 17 und 18 aufweist. Die beiden Figuren zeigen außerdem, daß die Hülse bzw. die Hülsenteile an verschiedenen Stellen ihres Umfanges verschieden dick sein können. So ist bei 19 eine Erhöhung der Wandstä#ke und bei 20 eine Verminderung derselben durch gestrichelte Linien angedeutet. Auch hierdurch kann die Regelwirkung nach Wunsch bemessen werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRMIF: 1. Ungeschlitzter Vollschaftkolben aus Leichtmetall, insbesondere für Dieselmotore, mit die Wärmedehnung steuernden hülsenförmigen, eine Bimetallwirkung ergebenden Einlagen aus einem Metall geringerer Wärmedehnungszahl, dadurch gekennzeichnet, daß die hülsenförmigen Einlagen zumindest im Bereich der tragenden Schaftflächen von der unteren Flanke der oberen Ölringnut ausgehen und mit ihrer Innenseite auf dem vom Kolbenkopf zum Schaftende durchgehenden Kolbenschaft oder auf in dieser Richtung durchlaufenden Wandteilen des Schaftes aufliegen und auf ihrer Außenseite in an sich bekannter Weise völlig von Leichtmetall abgedeckt sind. 2 * Vollschaftkolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Rand der Hülse auf deren ganzem Umfang von der oberen Ölringnut angeschnitten ist. 3. Vollschaftkolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anordnung einer unteren Ölringnut am Kolben der untere Rand der hülsenförmigen Einlage ganz oder teilweise bis an die obere Flanke dieser Nut reicht oder im Ab- stand vor dieser endet. 4. Vollschaftkolben nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der innerhalb der Hülse liegende Teil der Schaftwand dicker ist als der außerhalb der Hülse- liegende Teil. 5. Vollschaftkolben nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der innerhalb der Hülse liegende Teil der Schaftwand mindestens doppelt so dick ist wie der außerhalb der Hülse liegende Teil. 6. Vollschaftkolben nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse in axialer Richtung geschlitzt ist und der Schlitz im Bereich einer tragenden Schaftfläche liegt. 7. Vollschaftkolben nach einem der AnsprÜche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse im Bereich beider tragender Schaftflächen je einen axialen Schlitz aufweist. 8. Vollschaftkolben nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse bzw. die Hülsenteile an verschiedenen Stellen des Umfanges verschiedene Höhen aufweisen. 9. Vollschaftkolben nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse bzw. die Hülsenteile Randausschnitte und bzw. oder Lochungen aufweisen, die gegebenenfalls verschiedene Form und Größe haben. 10. Vollschaftkolben nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse bzw. die Hülsenteile an verschiedenen Stellen ihres Umfanges verschiedene Dicken aufweisen. 11. Vollschaftkolben nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse bzw. die Hülsenteile eine von der Kreisform abweichende Gestalt haben, z. B. im Bereich der Kolbenbolzenaugen als Sehnen verlaufen. In Betracht gezogene Druckschriften-Österreichische Patentschrift Nr. 111519; Zeitschrift »Metall« (1956), Heft 5/6, S. 205 bis 211.