DE1099289B - Kolben fuer Kolbenmaschinen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf eine vorteilhafte Ausbildung der Kolben für Kolbenmaschinen, welche einen im wesentlichen zylindrische Form aufweisenden Kolbenmantel aufweisen, der an seinem einen Ende durch einen Bodenteil abgeschlossen ist, so daß Lagerelemente für die Aufnahme des Kolbenbolzens vorgesehen sind, die sich in Ausrichtung zu zwei diametral einander gegenüberliegend angeordneten seitlichen Durchbrüchen des Kolbenmantels ausgerichtet befinden, und wobei im Inneren des Kolbens Verstärkungsteile angeordnet sind, mit welchen die genannten Lagerelemente getragen werden.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, dünnwandige Kolben insbesondere aus Blech herzustellen, so daß eine innere Verstärkung vorliegt, welche dazu dient, Lagerelemente für den Kolbenbolzen zu halten und gleichzeitig eine direkte Wärmeleitung vom Kolbenboden zum unteren Teil des Kolbenmantels zu bewirken. Derartige innere Kolbenverstärkungen haben jedoch bei Kolben der genannten Art, wenn dieselben im wesentlichen zylindrische Form aufweisen, keine ausreichende Verstärkungswirkung für den Kolben in Querrichtung erzielen können, in welcher die wesentlichsten Spannungen auftreten.

Zur Vermeidung dieser Nachteile wird nun nach dem wesentlichen Erfindungsmerkmal vorgeschlagen, bei einem dünnwandigen Kolben der obengenannten Art innere Verstärkungsteile so auszubilden und anzuordnen, daß dieselben aus zwei rippenartigen Elementen bestehen, welche einesteils mit dem Bodenteil des Kolbens an länglichen, sich in Kolbenquerrichtung erstreckenden Flächenzonen und andererseits mit der Mantelinnenfläche des Kolbens an länglichen, sich in Kolbenlängsrichtung erstreckenden flächigen Verbindungszonen in Verbindung stehen, so daß diese letztgenannten flächigen Verbindungszonen sich mit Bezug auf die genannten Lagerelemente für den Kolbenbolzen an der vom Bolzenboden abgewendeten Seite befinden und sich entlang von Erzeugenden des Kolbenmantels erstrecken.

Versuche haben bestätigt, daß ein derartig aufgebauter Kolben für Kolbenmaschinen gegenüber allen bisherigen Ausführungsformen von Kolben dieser Art wesentliche und überraschende Vorteile aufweisen. Nicht nur ist der Aufbau eines erfindungsgemäßen Kolbens besonders einfach und günstig in den Herstellungskosten, da wenigstens 30 °/o der Herstellungskosten gegenüber bekannten Ausführungsformen eingespart werden können, sondern es ist auch eine erhebliche Verbesserung hinsichtlich der mechanischen und thermischen Leistung zu erreichen, ebenso wie eine beträchtliche Gewichtsersparnis. Da es bei der erfindungsgemäßen Kolbenausbildung möglieh ist, dem Kolbenmantel eine Zylinderform mit genauem Kreis-Kolben für Kolbenmaschine!!

Anmelder:

Andre Cornet,

Levallois-Perret, Seine (Frankreich)

Vertreter: Dipl.-Ing. A. Bohr, Dipl.-Ing. H. Bohr,

Dipl.-Ing. S. Staeger, München 5, Müllerstr. 31,

und Dr.-Ing. H. Fincke, Berlin-Liditerfelde,

Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 4. Juni und 26. November 1957

Andre Cornet, Levallois-Perret, Seine (Frankreich),
ist als Erfinder genannt worden

querschnitt zu geben, wird hierdurch eine verbesserte Führung und ein günstigerer Wärmeübergang zum Zylinder erreicht.

Wenn nach einem besonderen Erfindungsmerkmal die genannten inneren Verstärkungsteile des Kolbens so angeordnet werden, daß sie sich quer zur Lage der Kolbenbolzenachse erstrecken, dann ergibt sich hierdurch ein Maximum an Steifheit und Starrheit bezüglich der Kippbewegung des Kolbens sowie der weitere Vorteil, daß durch die Dehnung dieser Verstärkungsteile die Führung des Kolbens bei den Arbeitstemperaturen der Kolbenmaschine verbessert wird.

Erfindungsgemäß werden die Verstärkungsteile in besonders vorteilhafter Weise durchLöten oder Schweißen vor allen Dingen am Kolbenmantel befestigt, so daß die Befestigungszonen nach Erzeugenden verlaufen, welche diesseits und jenseits jedes der genannten Lagerelemente für den Kolbenbolzen verlaufen. Der an diesen Stellen erzielte mechanische Widerstand ist besonders wesentlich, da gerade diese Stellen bei den bekannten Kolbenausführungen sich als besonders kritisch erwiesen haben.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand schematischer Zeichnungen.

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Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform des Kolbens der Erfindung mit innerem Verstärkungsteil in schaubildlicherDarstellung eines Längsschnittes durch die Achse des Kolbenbolzens;

Fig. 2 ist die Vorderansicht des in Bügelform gestanzten inneren Verstärkungsteiles des Kolbens nach Fig.l;

Fig. 3 ist ein Schnitt nach Linie III-III der Fig. 2;

Fig. 4 ist in vergrößertem Maßstabe ein Längsschnitt durch die Achse des Kolbenbodens eines KoI-bens nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gemäß Linie VII-VII der Fig. 5;

Fig. 5 ist ein Halbquerschnitt gemäß Linie \⁷III-VIII der Ausführungsform nach Fig. 4;

Fig. 6 ist ein abgebrochener Teilschnitt durch den oberen Kolbenteil einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung, bei welcher der Boden und der Mantel des Kolbens einteilig durch Drücken hergestellt ist;

Fig. 7 ist ein der Fig. 6 entsprechender Schnitt einer weiteren geänderten Ausführungsform unter Verwendung eines zusätzlichen, mit Nuten für die Kolbenringe versehenen Kopf- oder Kappenteils;

Fig. 8 ist ein den Fig. 6 und 7 entsprechender Schnitt einer weiteren geänderten Ausfuhrungsform mit angelöteten Ringelementen für die Aufnahme der Kolbenringe;

Fig. 9 ist ein den Fig. 6 bis 8 entsprechender Schnitt einer weiterhin geänderten Ausführungsform mit den Kolbenboden bildendem, auf den Mantel aufgesetztem Kopfteil.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 besteht der Kolben einteilig aus einem zylindrischen Mantel 4 mit einem flachen Kolbenboden 1, so daß in einem Seitenteil 2 des Mantels 4 in der Nähe des Kolbenbodens 1 Kolbenringnuten 3 durch einen Preßvorgang ausgearbeitet sind; der Kolbenmantel 4 weist in der Verlängerung der Achse des nicht dargestellten Kolbenbolzens zwei einander gegenüberliegende Durchbrechungen 5 auf.

Der innere Verstärkungsteil des Kolbenmantels 4 besteht in diesem Fall aus zwei Platten 6, die in der durch die Achse des Kolbenbolzens verlaufenden Längsebene miteinander z. B. durch Löten verbunden sind. Jede dieser beiden Platten 6 ist aus einem Stück Metallblech in Form eines Bügels ausgestanzt (vgl. Fig. 2 und 3). Der Querteil 7 jeder Platte 6 ist nach außen hin mit einem Steg oder Flansch 8 versehen, der im rechten Winkel abgebogen und an der Innenfläche des Kolbenbodens 1 z. B. durch Löten befestigt ist und der eine Länge aufweist, die geringer ist als der Innendurchmesser des Kolbenmantels 4 an dessen Seitenteil 2. Die beiden senkrechten Schenkel 9 der Platten 6 sind mit zwei koaxialen halbzylindrischen Auspressungen 10 für die Aufnahme und Halterung des KoI-benbolzens versehen und weisen außerdem unterhalb dieser Auspressungen 10 je eine durch Umbiegen gebildete Zunge 11 zur Befestigung z. B. mittels Löten der Platten 6 an der Innenwandung des Kolbenmantels unterhalb der Durchbrechungen 5 auf. Außerdem kann auch noch eine Versteifungsrippe 12 von halbkreisförmigem Querschnitt in jeder Platte 6 ausgepreßt werden. Die beiden Platten 6 werden zunächst mit ihren ebenen Stirnflächen aneinanderliegend miteinander verlötet und nach ihrem Zusammenlöten gemeinsam im Inneren des Kolbens mittels der Stege oder Flansche 8 und der Zungen 11 befestigt. In die Auspressungen 10 der zusammengefügten Platten 6 können dann nicht dargestellte Laufbüchsen für den Kolbenbolzen eingesetzt werden.

Bei der in den Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsform besteht der Kolbenmantel aus einem Stück Stahlblechrohr, dessen oberes Ende geschrumpft oder eingezogen ist, um einen Teil 22 verringerten Durchmessers zu bilden. Am Grunde dieses Teils 22 ist eine Kehle 23 angeordnet, die einen Hartlotring 24 aufnimmt. Mittels zweier diametral einander gegenüberliegender zylindrischer Ansätze oder Ausformungen 25 des Kolbenmantels wird jeweils das äußere Ende von zwei Hülsen 26 gehalten, die den nicht gezeigten Kolbenbolzen aufnehmen.

Der Teil 22 des Kolbenmantels wird durch einen gesonderten Kopf- oder Kappenteil 28 abgeschlossen, welcher den Kolbenboden mit den Nuten 29 für die Kolbenringe und der Nut 30 für den Ölabstreifring bildet. Der Kopf- oder Kappenteil 28 besteht ebenfalls aus Stahlblech und wird durch Ziehen oder Pressen hergestellt, so daß anschließend die Nuten 29 und 30 mechanisch ausgearbeitet werden.

Der Kolben nach dieser Ausführungsform weist ferner ein Paar gestanzter Verstärkungsplatten 31 aus Stahlblech der dargestellten Form auf. Jede dieser Verstärkungsplatten 31 besitzt einen zylindrischen Ansatz 32, so daß diese Ansätze koaxial zueinander liegen und das innere Ende der Hülsen 26 für den Kolbenbolzen halten. Ferner weist jede Platte 31 einen oberen Flansch 33 auf, der so angeordnet ist, daß er mit der Innenfläche des Kopf- oder Kappenteils 28 in Berührung steht. DiePlatten31 bilden an jeder Außenkante seitliche Verlängerungen in Form von Rippen 34, die nach abwärts hin zunächst dem Teil 22 verringerten Durchmessers folgen und sich dann entlang der Innenfläche 21 des Kolbenmantels dem größten Teil dessen Länge auf jeder Seite jeder Hülse 26 anpassen. Diese Platten 31 können eine bestimmte Anzahl von Durchbrüchen 35 aufweisen, die den gesamten Kolbenaufbau leichter machen.

Zur Verbindung der genannten Teile miteinander werden die Berührungsflächen dieser Teile und insbesondere die Innenflächen der Ansätze 25, 32 und/oder die äußeren Flächen der Hülsen 26, die äußeren Flächen der oberen Flansche 33 und der Rippen 34 der Platten 31 nach vorherigem Überziehen mit Kupfer in einem geeigneten Ofen unter gesteuerter Atmosphäre, beispielsweise einer Wasserstoffatmosphäre hartgelötet. Besonders vorteilhaft wirkt sich zu diesem Zweck die Anordnung des Hartlotringes 24 aus.

Die Praxis hat bestätigt, daß das Verhalten von derart aufgebauten Kolben erhebliche Vorteile aufweist und daß deren Führung in den Zylindern des Motors einwandfrei ist. Untersuchungen der Außenfläche des Kolbenmantels nach längerem Betrieb bestätigen die günstigeAuswirkung dieser einwandfreien Führung, die sich durch die senkrecht zum Kolbenbolzen angeordneten Verstärkungsteile ergibt, so daß der Kolben gegen Kippen geschützt ist.

Der Kolben nach der Erfindung kann auf die unterschiedlichste Weise hergestellt werden. So kann beispielsweise gemäß Fig. 6 der Kolbenmantel mit dem oberen Kolbenteil 41 einschließlich des Kolbenbodens aus einem einzigen Stück durch Tiefziehen hergestellt werden, so daß die Nuten für die Kolbenringe dann später durch Drücken des so geformten Kolbenkörpers ausgebildet werden.

Gemäß Fig. 7 weist der durch zweimaliges Ziehen hergestellte Kolbenmantel 42 einen Halsteil 43 auf, der von einem Boden 44 abgeschlossen ist. Dieser Halsteil 43 und Boden 44 sind außen durch einen gesonderten Kopf- oder Kappenteil 45 verstärkt, der zu-

nächst z. B. durch einen Zieharbeitsgang hergestellt wird, so daß dann die Kolbenringnuten maschinell ausgearbeitet werden.

Gemäß Fig. 7 kann am Innenumfang des Teiles 45 direkt oberhalb der Kolbenringnuten eine Ausnehmung55 vorgesehen werden, die mit einem solchen Stoff, z. B. Natrium, gefüllt ist, dessen Schmelzpunkt unterhalb der Betriebstemperatur des Kolbens liegt und derart einen thermischen Schutz der Kolbenringe und hauptsächlich des ersten Kolbenringes bewirkt.

Bei der Ausbildung gemäß Fig. 8 ist der Kopf- oder Kappenteil 45 der Fig. 7 durch einen gesonderten äußeren Bodenteil 46 und einzelne Ringelemente 47, 48 ersetzt, die am Umfang des unveränderten oberen Kolbenendes 42, 43, 44 befestigt sind und mit der Schulter 49 des Kolbenmantels 42 die Kolbenringnuten bilden.

Gemäß Fig. 9 ist der Kolbenmantel als einfacher Stahlrohrteil 50 ausgebildet, in dessen oberem Ende am Innenumfang durch Lötung 51 ein die Kolbenringnuten 53, 54, 55 aufnehmender Kappenteil 52 befestigt ist. Die Ringnuten 53, 54 sind in die zylindrische Außenfläche dieses Kappenteils 52 durch maschinelle Bearbeitung eingearbeitet, während die Ölabstreifer-Ringnut 55 auf ihrer einen Seite von der oberen Endkante des Kolbenmantels 50 und der Schulter 56 des Kappenteils 52 gebildet wird.

Offenbar brauchen keinesfalls sämtliche Teile des Kolbens aus dem gleichen Metall zu bestehen. So kann z. B. im Fall der Ausführungsform nach Fig. 8 der äußere Bodenteil 46, der im Betrieb mit den Verbrennungsgasen direkt in Berührung tritt, aus einem gegenüber den anderen Teilen unterschiedlichen Metall hergestellt sein. Das gleiche gilt für die Hülsen 26.

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Kolben für Kolbenmaschinen mit einem im wesentlichen zylindrische Form aufweisenden Kolbenmantel, der an seinem einen Ende durch einen Bodenteil abgeschlossen ist, mit Lagerelementen für die Aufnahme des Kolbenbolzens, die sich in Ausrichtung zu zwei diametral einander gegenüberliegend angeordneten seitlichen Durchbrüchen des Kolbenmantels ausgerichtet befinden, und mit inneren Verstärkungsteilen, welche die genannten Lagerelemente tragen, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Verstärkungsteile aus zwei rippenartigen Elementen (6, 31) bestehen, die innerhalb des dünnwandigen, in an sich bekannter Weise aus Blech, vorzugsweise aus Stahlblech bestehenden Kolbenmantels einesteils mit dem Bodenteil (I, 28) des Kolbens an länglichen, sich in Kolbenquerrichtung erstreckenden Flächenzonen (8., 33) und andererseits mit der Mantelinnenfläche des Kolbens an länglichen, sich in Kolbenlängsrichtung erstreckenden Flächenzonen (11., 34) in Verbindung stehen, so daß diese letztgenannten, in Kolbenlängsrichtung verlaufenden flächigen Verbindungszonen (11, 34) sich mit Bezug auf die genannten Lagerelemente (10., 26) an der vom Kolbenboden (1, 28) abgewendeten Seite befinden und entlang von Erzeugenden des Kolbenmantels verlaufen.

2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsteile (6) sich parallel zur Achse des Kolbenbolzens erstrecken (Fig. 1 bis 3).

3. Kolben nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsteile (6) miteinander in einer Ebene durch Löten oder Schweißen miteinander verbunden sind, welche durch die Achse des Kolbenbolzens hindurchläuft.

4. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Verstärkungsteil (31) sich quer zur Achse des Kolbenbolzens erstreckt und jeweils am Kolbenmantel entlang zweier Erzeugender befestigt ist, die sich diesseits und jenseits eines der zugeordneten Lagerelemente (26) erstrecken, so daß eine Verstärkung des Kolbens in einer Ebene erreicht wird, welche sich quer zur Achse des Kolbenbolzens erstreckt (Fig. 4 und 5).

5. Kolben nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß j eder Verstärkungsteil (31) die Form einer Platte aufweist, welche einen vorstehenden zylindrischen Ansatz (32) für die Aufnahme des zugeordneten Lagerelementes (26) aufweist, und daß jeder Verstärkungsteil Flansche bzw. Rippen (33., 34) besitzt, mit denen der betreffende Verstärkungsteil durch Schweißen oder Löten am Boden bzw. am Mantel des Kolbens befestigt wird.

6. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Ende des Kolbenmantels durch einen gesonderten Kopf- oder Kappenteil abgeschlossen ist, der Nuten für die Aufnahme der Kolbenringe aufweist.

7. Kolben nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Innern des Kopf- oder Kappenteiles (28) eine ringförmige Umfangsausnehmung (55) angeordnet ist und in an sich bekannter Weise mit einem solchen Stoff, z. B. Natrium, gefüllt ist, dessen Schmelzpunkt unterhalb der Betriebstemperatur des Kolbens liegt (Fig. 7).

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 486 739, 718 717,

831 174; schweizerische Patentschrift Nr. 85 619;
USA.-Patentschriften Nr. 1 215 969, 1 218 569,

1 365 263.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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