DE1140023B - Leichtmetallkolben fuer Brennkraftmaschinen mit Regelgliedern - Google Patents

Description

• Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen mit Regelgliedern Die Erfindung betrifft einen für Brennkraftmaschinen bestimmten Vollschaft-Leichtmetallkolben, bei welchem Kolbenkopf und -schuft im Gebiet der Bolzennaben zusammenhängen und im Gebiet der Manteltragflächen durch Querschlitze voneinander getrennt sind und bei welchem im Gebiet der Bolzennaben, sowie über dieses Gebiet in Umfangsrichtung hinausgehend, ein Regelglied (gegebenenfalls auch deren mehrere) eingegossen oder eingepreßt ist, welches das Ausdehnungsbestreben des Schaftes quer zur Bolzenachse hemmt.
• Die Fachwelt kennt eine große Anzahl verschiedenartiger Bauformen von derartigen Kolben. Die Regelwirkung beruht entweder auf dem Bimetalleffekt oder arbeitet nach dem Prinzip des sogenannten Faßreifeneffektes. Die ungehemmte Wirkungsweise solcher Regeleinrichtungen erfordert eine Abtrennung des starren Kolbenkopfes von dem geregelten Schaftteil durch die Anbringung der schon genannten Querschlitze, wobei die Länge derselben die Größe der Regelwirkung entscheidend mitbestimmt.
• Durch die fortschreitende mechanische und thermische Belastungssteigerung bei Brennkraftmaschinen wird die Anwendung der bekannten Kolbenausführungen immer schwieriger oder auch gänzlich unmöglich, weil die benötigten Querschlitze nicht nur durch die örtliche Unterbrechung des Wärmeabflußquerschnittes vom Kolbenkopf zum Schaftteil eine Hebung des Temperaturniveaus in der Zone der am stärksten temperaturgefährdeten ersten Ringnut hervorrufen, sondern auch die mechanische Belastbarkeit der Kolbenkopf-Kolbenschaft-Verbindung mindern. Um die Belastbarkeit sowohl thermisch als auch mechanisch zu erhöhen, wäre an sich eine Kürzung der Querschlitze günstig, was aber, da die Schlitzlänge für die Größe der Regelwirkung mitbestimmend ist, eine nachteilige Reduzierung derselben mit sich bringen würde.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Beibehaltung der bei den bisherigen Regelkonstruktionen vorhandenen optimalen Regelwirkungen eine wesentliche Steigerung der thermischen und mechanischen Belastbarkeit der Kolbenkopf-Kolbenschaft-Verbindung zu erzielen und die Möglichkeit zu schaffen, ohne Beeinträchtigung der erreichbaren Regelwirkung die Querschlitze verkürzen zu können.
• Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die obere, d. h. dem Kolbenkopf zugewandte Kante des Regelgliedes längs eines ersten, in Umfangsrichtung betrachteten Bereiches bis zu der Ringnut des unteren Verdichtungsringes hochgezogen ist, während die obere Kante des Regelgliedes längs eines zweiten Umfangbereiches mit axialem Abstand von dieser Nut verläuft, wobei sich der genannte zweite Bereich im Gebiet der Bolzennaben befindet, während der erste Bereich sich an den zweiten Bereich anschließt und (mindestens) bis zu derjenigen Stelle der Ringnut reicht, an welcher die Querschlitzung zwischen Kopf und Schaft beginnt.
• Regelglieder, deren obere Kante bis zu der Ringnut ges hochgezogen ist, sind des unteren Verdichtungsring bekannt, z. B. bei einem sogenannten » Fensterkolben«, auf welch letzteren die vorliegende, einen Vollschaftkolben betreffende Erfindung allerdings keinen Bezug hat. Zudem ist die Erfindung mit den bisher genannten Merkmalen noch nicht vollendet. Es muß noch das Merkmal hinzutreten, daß das innerhalb des ersten Bereiches das Regelglied innen überdeckende, mit dem Kolbenkopf zusammenhängende und der verstärkten Kolbenkopf-Kolbenschaft-Verbindung dienende Kolbenmaterial ohne Verankerung mit dem Regelglied ausgebildet ist. Auf diese Weise kann der sich zwischen diesem Verstärkungsmaterial und dem Regelglied ausbildende Spalt gewissermaßen als Verlängerung der vorliegend kürzer als sonst üblich ausgeführten Querschlitzung auswirken. Diese verkleinerte Ausbildung der Querschlitzung gestattet also die angestrebte Verstärkung der Kolbenkopf-Kolbenschaft-Verbindung, ohne daß dabei der regelfähige Umfangsbereich des Schaftes verkürzt zu werden braucht.
• Die Abbildungen veranschaulichen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Regelkolben. Sie zeigen Länsschnitte und Querschnitte durch Leicht-Z, metallkolben für Brennkraftmaschinen, deren Kopf vom Schaft durch Querschlitze getrennt ist.
• Entsprechend der Darstellung in Abb. 1 ist in der rechten Hälfte die Änderung der Gestaltung des Regelgliedes ei gegenüber der allgemein üblichen Ausführung, die in der linken Hälfte veranschaulicht ist, zu erkennen. Der Kopf a eines Leichtmetallkolbens für Brennkraftmaschinen ist über Rippend mit den Kolbenbolzenaugen c verbunden. Die Regelglieder e bzw. ei umfassen die letzteren nur von oben; im unmittelbar benachbarten Bereich befindet sich die untere Kante der Regelglieder etwa in; der Höhe der Augen. Die Größe der Regelwirkung richtet sich nach der Länge der Querschlitze f. Das gleiche Regelprinzip wird beibehalten, wenn das Regelglied ei in seiner Ausdehnung gegenüber e geändert wird, indem die obere Kante des plattenartigen, gekrümmten Regelstreifens ei bis zu der den Schaftteil b begrenzenden unteren Ringnut h nach oben verlängert wird. Die Verlängerung des Regelstreifens ist in den Abbildungen kreuzschraffiert angedeutet. Im Hinblick auf die vorliegend angestrebte, erhöhte Belastbarkeit der Kolbenkopf-Kolbenschaft-Verbindung ist es neuerdings möglich, die Abstützrippe d1 über den Bereich der die Regelwirkung begrenzenden Stelle g nach außen (in Fig. 1 nach rechts) zu ziehen.
• Abb. 2 zeigt einen Horizontalschnitt durch die untere Ringnut h der Abb. 1. Auch hier ist der linke Teil die bekannte Regelgliedausführung, während die rechte Seite die erfindungsgemäße Bauweise erkennen läßt.
• Aus den Abb. 1 und 2 ist also ersichtlich, daß die obere Kante des Regelgliedes ei längs eines ersten Bereiches 1 bis zur Ringnut h des unteren Kolbenringes hochgezogen ist, während diese obere Regelgliedkante längs eines zweiten Umfangbereiches 2 mit axialem Abstand von dieser Nut h verläuft. Insbesondere aus Abb. 2 ist ersichtlich, daß das innerhalb des Bereiches 1 das Regelglied ei innen überdeckende, mit dem Kolbenkopf zusammenhängende und der verstärkten Kolbenkopf-Kolbenschaft-Verbindung dienende Kolbenmaterial m ohne Verankerung mit dem Regelglied ei ausgebildet ist, derart, daß sich der zwischen den beiden Stellen m und ei ausbildende Spalt n als Verlängerung des Querschlitzes f 1 auswirkt. Der regelfähige Bereich der Manteltragflächen beginnt demnach in Abb. 2 an der Grenzlinie der Bereiche 1, 2 und reicht im Uhrzeigersinn der Abb.2 bis zu der entsprechenden, nicht dargestellten spiegelbildlichen Stelle. Die Querschlitzung f1 ist hingegen kürzer gehalten und gestattet auf diese Weise die Materialverstärkung m.
• Entsprechend der Darstellung in Abb. 3 ist das Regelglied e innerhalb der der unteren Ringnut zugekehrten Zone in Umfangsrichtung (im Bereich k) verlängert, und zwar in Richtung der Tragflächen bzw. Regelzonenmitte.
• Abb. 4 zeigt im linken Teil eine Ausführung, wonach das Regelglied e den sogenannten Faßreifeneffekt herbeiführt. Er soll auch in der gleichen Weise bei der Ausbildung des Kolbens nach der rechten Bildhälfte eintreten. Zusätzlich sind aber daselbst Trennplatten 1 vorgesehen, die in Kontakt oder in direkter Verbindung mit dem Regelglied ei stehen. Diese Platten 1 bewirken eine begrenzte Trennung des Kolbentragteiles von dem Kolbenregelteil, in dessen Zone die Regelwirkung ungehindert vorhanden ist.
• Abb. 5 und 5 a zeigen Ausschnitte in Längsrichtung aus einem Kolben in der Schnittlinie A-B nach Abb. 4. Der Querschnitt des Regelgliedes ei ist in Abb. 5 trapezförmig ausgeführt, wobei die Verlängerungslinien seiner oberen und unteren Kontur sich in einem Punkt außerhalb der Kolbenlängsachse schneiden.
• In Abb. 5 a ist ein mit fertigungstechnisch kleinstem Aufwand herstellbares Regelglied mit bekanntem Rechtecksquerschnitt gezeigt, wobei die Einlage 1 nicht in der Flanke, sondern auf dem Grund der Ringnut h einmündet.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Für Brennkraftmaschinen bestimmter Vollschaft-Leichtmetallkolben, bei welchem Kolbenkopf und -schaft im Gebiete der Bolzennaben zusammenhängen und im Gebiete der Manteltragflächen durch Querschlitze voneinander getrennt sind und bei welchem im Gebiete der Bolzennaben, sowie über dieses Gebiet in Umfangsrichtung hinausgehend, ein Regelglied (gegebenenfalls auch deren mehrere) eingegossen oder eingepreßt ist, welches das Ausdehnungsbestreben des Schaftes quer zur Bolzenachse hemmt, dadurch gekennzeichnet, daß die obere, d-. h. dem Kolbenkopf (a) zugewandte Kante des Regelgliedes (ei) längs eines ersten, in Umfangsrichtung betrachteten Bereiches (1) bis zu der Ringnut (h) des unteren Verdichtungsringes hochgezogen ist, während die obere Kante des Regelgliedes längs eines zweiten Umfangsbereiches (2) mit axialem Abstand von dieser Nut (h) verläuft - wobei sieh der genannte zweite Bereich (2) im Gebiete der Bolzennaben.(c) befindet, während der erste Bereich (1) sich (bei g) an den zweiten Bereich anschließt und (mindestens) bis zu derjenigen Stelle der Ringnut (h) reicht, an welcher die Querschlitzung (f,) zwischen Kopf (a) und Schaft (b) beginnt -, und weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß das innerhalb des ersten Bereiches (1) das Regelglied (ei) innen überdeckende, mit dem Kolbenkopf zusammenhängende und der verstärkten Kolbenkopf-Kolbenschaft-Verbindung dienende Kolbenmaterial (m) ohne Verankerung mit dem Regelglied ausgebildet ist, derart, daß sich der zwischen den beiden zuletzt genannten Stellen (ei, m) ausbildende Spalt (n) als Verlängerung der Querschlitzung auswirkt.
2. 2. Leichtmetallkolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelglied mehrteilig ausgebildet ist, wobei der eine Teil (ei) durchweg axialen Abstand von der unteren Kolbenringnut (h) aufweist, während der andere Teil (1) im zugehörigen Bereiche (1) bis zu dieser Nut (h) hochreicht (vgl. Abb. 5 und 5 a). In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 566 738, 577 388, 682 631, 909163, 924 297; österreichische Patentschrift Nr. 129156; britische Patentschrift Nr. 395 290; USA.-Patentschriften Nr. 1750 429, 2 043 112.