DE1209804B

DE1209804B - Light metal pistons for internal combustion engines

Info

Publication number: DE1209804B
Application number: DEM39962A
Authority: DE
Inventors: Dietrich Von Lassberg
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1958-12-17
Filing date: 1958-12-17
Publication date: 1966-01-27
Also published as: GB914671A

Description

Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen Die Erfindung betrifft einen Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen mit Verstärkungsringen aus Schwermetall für die Kolbenbolzenaugen.Light alloy pistons for internal combustion engines The invention relates to a light metal piston for internal combustion engines with reinforcing rings made of heavy metal for the piston pin bosses.

Bei hochbelasteten Brennkraftmaschinen mit Leichtmetallkolben besteht die Gefahr, daß das Kolbenbolzenauge insbesondere an seinem inneren Rand durch eine Ovalverformung des Kolbenbolzens aufgesprengt wird. Aber auch die Durchbiegung des Kolbenbolzens infolge der hohen Zünddrücke während des Betriebes kann zu ähnlichen Schäden führen. Man hat bereits versucht, durch geeignete Anordnung der Rippen, welche das Kolbenbolzenauge gegen den Kolbenboden abstützen, dem Kolbenbolzenauge gerade eine solche Elastizität zu geben, daß das Bolzenauge im Kolben etwa der Durchbiegung des Kolbenbolzens folgt, ohne daß eine Überbeanspruchung auftritt.In highly loaded internal combustion engines with light metal pistons there is the risk that the piston pin boss especially at its inner edge by a Oval deformation of the piston pin is blown. But also the deflection of the Piston pin due to the high firing pressures during operation can be similar Cause damage. Attempts have already been made to arrange the ribs appropriately, which support the piston pin boss against the piston crown, the piston pin boss just to give such elasticity that the bolt eye in the piston about the deflection of the piston pin follows without overstressing.

Es wurde auch schon vorgeschlagen, das Spiel zwischen Kolbenbolzenauge und Kolbenbolzen selbst und die Steifigkeit des Kolbenbolzens gegen Ovalverformung so gegeneinander abzustimmen, daß größere Kräfte nicht auf die Bohrung des Kolbenbolzenauges wirken. Eine derartige Abstimmung ist aber verhältnismäßig schwierig und erfordert die Einhaltung sehr feiner Toleranzen, die sich im Betrieb, wenn an Kolbenbolzen und Kolbenbolzenauge ein gewisser Verschleiß auftritt, nicht mehr einhalten lassen.It has also been suggested that there should be clearance between the piston pin boss and piston pin itself and the rigidity of the piston pin against oval deformation to be coordinated in such a way that greater forces do not act on the bore of the piston pin eye works. Such coordination is relatively difficult and required compliance with very fine tolerances, which arise during operation when applied to the piston pin and piston pin boss wear a certain amount, no longer allow this to be observed.

Die erwähnten Nachteile können bei einem Leichtmetallkolben mit Verstärkungsringen aus Schwermetall für die Kolbenbolzenaugen erfindungsgemäß dadurch behoben werden, daß die Ringe am Außenumfang der beiden Kolbenbolzenaugen aufgeschrumpft sind und im Querschnitt die Form eines hochkant stehenden Rechtecks aufweisen. Da sich der Teil des Kolbenbolzenauges, auf welchen der Schwermetallring aufgeschrumpft ist, unter den Betriebstemperaturen weniger ausdehnen wird als das an der Mantelfläche des Kolbens liegende Ende der Kolbenbolzenbohrung, ist es zweckmäßig, die Kolbenbolzenbohrung im Kolben leicht konisch oder nach einer entsprechenden Kurvenform auszubilden, so daß in kaltem Zustand des Kolbens die dem Kolbeninneren zugewandte Seite der Bohrung geringfügig größer ist als der Außenrand der Bohrung.The disadvantages mentioned can occur in a light metal piston with reinforcing rings heavy metal for the piston pin bosses can be eliminated according to the invention by that the rings are shrunk on the outer circumference of the two piston pin bosses and have the shape of an upright rectangle in cross-section. Since the Part of the piston pin eye onto which the heavy metal ring is shrunk, will expand less under the operating temperatures than that on the outer surface the end of the piston pin bore lying on the piston, it is advisable to use the piston pin bore slightly conical in the piston or according to a corresponding curve shape, so that when the piston is cold, the side facing the interior of the piston Hole is slightly larger than the outer edge of the hole.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird einerseits infolge der gewählten Querschnittsform bei geringstmöglichem Ringgewicht die größtmögliche Schrumpfspannung erreicht, was bei Leichtmetallkolben, bei deren es bekanntlich auf ein geringes Gewicht der hin- und hergehenden Massen ankommt, von wesentlicher Bedeutung ist. Zum anderen sind am Außenumfang der Kolbenbolzenaugen aufgeschrumpfte Ringe wesentlich einfacher herzustellen als ein solcher in den Kolben eingegossener Ring, bei dem außer einem komplizierten Gießwerkzeug zusätzlich Halterungen für den Schwermetallring während des Gießvorgangs erforderlich sind, um ein Wegschwemmen durch das Gießmetall aus der später einzunehmenden Lage zu verhindern. Eingegossene Gegenstände verursachen zudem mit Ausnahme von runden, mehr oder weniger scharfe Ecken innerhalb des Gußkörpers, wodurch infolge ihrer Kerbwirkung leicht Anrisse auftreten können. Am Außenumfang der Kolbenbolzenaugen aufgeschrumpfte Ringe hingegen erschweren den Guß des Kolbens in keiner Weise, da das Aufziehen derselben nachträglich bei der Fertigbearbeitung des Kolbens erfolgen kann.The measures according to the invention on the one hand as a result of selected cross-sectional shape with the lowest possible ring weight the greatest possible shrinkage stress what is achieved with light alloy pistons, which are known to be low Weight of the reciprocating masses matters is essential. On the other hand, rings shrunk onto the outer circumference of the piston pin bosses are essential easier to manufacture than such a ring cast into the piston, in which In addition to a complicated casting tool, there are also holders for the heavy metal ring during the casting process are required to avoid being washed away by the casting metal to prevent from the position to be taken later. Cause cast-in objects also with the exception of round, more or less sharp corners within the cast body, as a result of their notch effect, cracks can easily occur. On the outer circumference Rings shrunk onto the piston pin bosses, however, make casting the piston more difficult in no way, as the mounting of the same afterwards during the finishing process of the piston can be done.

Es sind zwar schon Leichtmetallkolben mit beispielsweise Bimetallkörpern im Bolzenauge und in der Mantelgleitfläche zur Lenkung der Wärmedehnung bekannt. Um die auftretenden Kräfte gleichmäßig zu verteilen, hat man auch bereits streifenförmige Schwermetallversteifungen, insbesondere bei Kolben mit vom Mantel getrennter Krone einseitig in den Kolbenbolzenaugen angeordnet oder auch Spannschrauben im Innern des Kolbens angebracht.There are already light metal pistons with, for example, bimetal bodies known in the bolt eye and in the jacket sliding surface to control the thermal expansion. In order to distribute the occurring forces evenly, one already has strip-shaped Heavy metal stiffeners, especially on pistons with a crown separated from the jacket Arranged on one side in the piston pin bosses or clamping screws inside of the piston attached.

Ferner sind Kolben bekannt, bei denen Schaft und Kopfteil aus verschiedenen Werkstoffen bestehen. Zur Entlastung der durch Vergießen miteinander verbundenen Teile von den Kolbenkräften werden die Vergußansätze zu Bolzenaugen erweitert, welche in die am Kopfteil sitzenden Bolzenaugen eingegossen sind.Furthermore, pistons are known in which the shaft and head part are made of different Materials. To relieve the interconnected by potting Parts of the piston forces are expanded to form bolt eyes, which are cast in the bolt eyes on the head part.

Zur Verhinderung der Ausdehnung des Leichtmetallschaftes und von seitlichen Drücken wurde der Kolbenschaft auch bereits mit eingelegten Schwermetallringen versehen, die an den Bolzenaugen zu Bolzenringen erweitert sind. Bei einer anderen bekannten Ausführung werden die Kolbenbolzenaugen durch Zwischenlegen einer schmalen Scheibe zweigeteilt, um in einfacher Weise die durch Aufschlitzen der Augen erzielbare Wirkung zu erreichen.To prevent expansion of the light metal shaft and from the side The piston skirt has already been provided with heavy metal rings, which are expanded to form bolt rings at the bolt eyes. At a Another known design, the piston pin bosses by interposing a narrow disk split in two to easily cut through by slitting the eyes to achieve achievable effect.

Abgesehen davon, daß keine der bekannten Ausführungen zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe dient, sind dort auch lediglich im Auge eingegossene Einlagen vorgesehen.Apart from the fact that none of the known versions to solve the According to the invention serves, there are also only deposits cast in the eye intended.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing.

Am Leichtmetallkolben 1 sind zum Schutz gegen Verformung und Sprengung des Kolbenbolzenauges 3 durch den Kolbenbolzen am Außenumfang Schwermetallringe 2 aufgeschrumpft. Die Ringe weisen im Querschnitt die Form eines hochkant stehenden Rechtecks auf, um bei geringem Gewicht eine möglichst große Sicherheit gegen die auftretenden Kräfte zu gewährleisten. Vorzugsweise ist dabei der Querschnitt über den ganzen Umfang gleich, weil dadurch auch die Schrumpfspannung sich gleichmäßig verteilt, d. h. das Kolbenbolzenauge daher am ganzen Umfang gleichmäßig beansprucht wird und die Bohrung 4 rund bleibt.On the light metal piston 1 are to protect against deformation and detonation of the piston pin eye 3 through the piston pin on the outer circumference of heavy metal rings 2 shrunk. In cross-section, the rings have the shape of an upright one Rectangle in order to ensure the greatest possible security against the to ensure occurring forces. The cross section is preferably about the same over the entire circumference, because this also means that the shrinkage tension is uniform distributed, d. H. the piston pin boss is therefore evenly stressed over the entire circumference and the hole 4 remains round.

Die Kolbenbolzenbohrung 4 ist nach dem Kolbeninnern hin, wie in der Zeichnung übertrieben bei 5 dargestellt ist, kegelig oder kurvenförmig erweitert. Die Bemessung ist dabei so getroffen, daß im warmen Zustand des Kolbens die Bohrung eine zylindrische Form annimmt.The piston pin bore 4 is towards the inside of the piston, as in FIG Drawing is shown exaggerated at 5, expanded conical or curved. The dimensioning is made so that the bore hole when the piston is warm assumes a cylindrical shape.

Claims

Claims: 1. Light metal pistons for internal combustion engines with Heavy metal reinforcement rings for the piston pin bosses, d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the rings on the outer circumference of the two piston pin bosses are shrunk and in cross-section the shape of an upright rectangle exhibit.

2. Piston according to claim 1, characterized in that the bore to Receipt of the piston pin after the piston interior in such a conical or curved shape is extended that in the warm state of the piston due to the thermal expansion of the light metal and of the shrunk-on heavy metal ring, the bore assumes a cylindrical shape.

3. Piston according to claim 1, characterized in that the cross section of the rings is the same over the entire circumference. Considered publications: German Patent Nos. 596 482, 658 292, 710 666; Austrian Patent Nos. 123 698, 128 649; Swiss Patent No. 142 547; British Patent No. 478171; U.S. Patent Nos. 1982 396, 2,038,754, 2248175.