Ungeschlitzter Leichtmetallkolben, insbesondere für hochbelastete
Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf einen ungeschützten Leichtmetallkolben,
insbesondere für hochbelastete Brennkraftmaschinen, in dessen Schaft Schwermetalleinlagen
als bimetallische Regelglieder eingegossen sind, die im Bereich der Bolzenaugen
und in deren Höhe an der Innenwand des Schaftes angeordnet sind. Ein Brennkraftmaschinenkolben
soll in Richtung der Kippebene ein' möglichst geringes Einbauspiel haben, welches
über den gesammelten Belastungs- bzw. Temperaturbereich erhalten bleiben soll. Auf
dem Gebiet der sogenannten Regelkolben sind in den letzten Jahren zahlreiche Versuche
unternommen worden, diese Aufgabe zu lösen. Bei den meisten bekanntgewordenen Kolbenbauarten
ist man jedoch immer wieder davon ausgegangen, durch Querschlitze den Kopf vom Schaft
des Kolbens in der Gegend der Kippebene zu trennen. Ein Beispiel hierfür ist in
der USA.-Patentschrift 2 465-767 beschrieben. Bei diesem Kolben ist unterhalb
der Querschlitzung an -der Schaftinnenseite ein in sich geschlossener- Ring angeordnet,
der an drei Stellen mit dem Kolben verankert ist und der lediglich der Ausdehnungskorrektur
dient. Für einen Kolben dieser Art besteht der besondere Nachteil, daß infolge der
Querschlitzung eine inhomogene Wärmeabfuhr und damit eine unterschiedliche Temperaturverteilung
eintritt über den Umfang des Kolbenkopfes.Unslotted light metal piston, in particular for highly loaded internal combustion engines The invention relates to an unprotected light metal piston, in particular for highly loaded internal combustion engines, in the shaft of which heavy metal inserts are cast as bimetallic control elements, which are arranged in the area of the bolt eyes and at their height on the inner wall of the shaft. An internal combustion engine piston should have as little installation play as possible in the direction of the tilting plane, which should be maintained over the accumulated load or temperature range. In the field of so-called control pistons, numerous attempts have been made in recent years to solve this problem. In most of the piston designs that have become known, however, it has always been assumed that the head is separated from the skirt of the piston in the area of the tilting plane by means of transverse slots. An example of this is described in U.S. Patent 2,465-767. In this piston, a self-contained ring is arranged below the transverse slot on the inside of the shaft, which is anchored to the piston at three points and which only serves to correct the expansion. For a piston of this type there is the particular disadvantage that as a result of the transverse slit an inhomogeneous heat dissipation and thus a different temperature distribution occurs over the circumference of the piston head.
Es ist auch schon ein ungeschützter Regelkolben bekannt, bei dem die
Regelglieder nur, von Bolzenrichtung aus gesehen, über einige Gradwirken, während
in der Kippebene keine direkte Beeinflussung mehr vorliegt. Gerade auf dieses Gebiet
kommt es aber bei Regelkolben an, gleichgültig ob sie Querschlitze haben oder nicht.
Dies gilt auch für einen Leichtmetallkolben, wie er in der deutschen Patentschrift
647 504 beschrieben ist. Bei diesem sind geschlossene eiserne Ringe in den Schaft
eingegossen, die aus gießtechnischen Gründen mit sich gegenüberliegenden Ausbuchtungen
versehen sind. Diese sind nicht geeignet, einen Einfluß auf die Regelwirkung auszuüben.An unprotected control piston is also known in which the
Regulating elements only act over a few degrees, seen from the direction of the bolt, while
there is no longer any direct influence in the tilting plane. Especially in this area
But it matters with control pistons, regardless of whether they have transverse slots or not.
This also applies to a light metal piston, as described in the German patent
647 504 is described. In this case there are closed iron rings in the shaft
cast, which for casting reasons with opposing bulges
are provided. These are not suitable for exerting an influence on the control effect.
Weiterhin ist ein ungeschützter Aluminiumkolben mit im Schaft eingegossenen
gekrümmten Regelgliedern für hohe thermische und mechanische Beanspruchungen bei
kleinem Laufspiel bekannt. Bei dieser Ausführungsform sind die verwendeten Regelglieder
(gekrümmte Streifen oder Platten) mitten in den Schaft eingegossen und mit ihren
Enden in der Nähe der Bolzenaugen im Kolbenwerkstoff verankert. Hierdurch ist erreicht,
daß beim Erstarren des Kolbenwerkstoffs und 'der dabei auftretenden Spannungen zwischen
dem Kolbenwerkstoff und dem Regelglied eine elastische Verformung quer zu den Bolzenaugen
erfolgt. Schließlich ist es nicht mehr neu, Regelglieder von den Bolzenaugen eines
Kolbens ausgehend anzuordnen, die an der Innenwand des Schaftes zu den tragenden
-Schaftflächen hin verlaufen. --Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bisher
übliche Trennung des Kopfes vom Schaft durch Querschlitze bei einem Regelkolben
-zu vermeiden und einen wirksamen Regeleffekt im Bereich der tragenden Schaftflächen
.durch eine besondere Gestaltung der Regelglieder zu erzielen.Furthermore, an unprotected aluminum piston with curved control elements cast in the shaft for high thermal and mechanical loads with small running clearance is known. In this embodiment, the control elements used (curved strips or plates) are cast in the middle of the shaft and their ends are anchored in the piston material in the vicinity of the bolt eyes. This means that when the piston material solidifies and the stresses that occur between the piston material and the control element, an elastic deformation takes place transversely to the bolt eyes. After all, it is no longer new to arrange control elements starting from the bolt eyes of a piston, which run on the inner wall of the shaft towards the supporting shaft surfaces. --The present invention is based on the object -to avoid the hitherto customary separation of the head from the shank by transverse slots in a control piston and to provide an effective control effect in the region of the bearing skirt surfaces .by a special design of the control elements.
Bei der Lösung dieser Aufgabe wird von der Bimetallwirkung Gebrauch
gemacht und dabei von dem Grundgedanken ausgegangen, die gesamte Tragfläche durch
das Regelglied direkt- zu beeinflussen, um besonders bei hochbelasteten Kolben für
Brennkraftmaschinen ein geringes Einbauspiel über den- gesamten Belastungsbereich
zu erhalten. Die für einen ungeschlitzten Regelkolben erforderliche und gegenüber
geschlitzten Kolben bedeutend größere Regelkraft wird erfindungsgemäß dadurch erreicht,
daß die Regelglieder im Bereich der tragenden Schaftflächen scharf nach außen abknicken
und innerhalb der Kolbenwänd, jedoch überwiegend im äußeren Wandbereich' verlaufen.
Als 'Regelelement kann im Rahmen der Erfindung in an sich bekannter Weise ein geschlossener
Ring eingegossen sein, oder es können als Regelelemente zwischen den Bolzenaugen
angeordnete Regelglieder dienen, die als solche ebenfalls an sich bekannt sind.
Durch die Erfindung wird. auch bei einem ungeschützten Leichtmetallkolben ein Regeleffekt
erzielt, wie er bisher nur bei geschlitzten Kolben verwirklichbar war.In solving this problem, use is made of the bimetal effect
made and based on the basic idea, the entire wing
to influence the control element directly, especially in the case of highly loaded pistons for
Internal combustion engines have a small installation clearance over the entire load range
to obtain. The one required for an unslotted control piston and the opposite
slotted piston significantly greater control force is achieved according to the invention by
that the control elements bend sharply outwards in the area of the supporting shaft surfaces
and extend within the piston walls, but predominantly in the outer wall area.
In the context of the invention, a closed control element can be used as a control element in a manner known per se
Ring be cast, or it can be used as control elements between the bolt eyes
arranged control elements are used, which are also known per se.
Through the invention. A regulating effect even with an unprotected light metal piston
achieved, as was previously only possible with slotted pistons.
In den Figuren ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Regelkolbens
dargestellt.In the figures is an embodiment of the control piston according to the invention
shown.
F i g. 1 und 2 veranschaulichen Längsschnitte durch einen Kolben nach
der Erfindung; der Schnitt
nach F i g. 1 verläuft in der Ebene der
Bolzenaugen, der Schnitt nach F i g. 2 90° quer dazu; F i g. 3 und 4. sind Schnitte
durch den erfindungsgemäßen Regelkolben gemäß der Schnittangabe A -B in der F i
g. 2; F i g. 3 stellt ein geschlossenes Regelglied dar, F i g. 4 zwei getrennte
Regelelemente; F i g. 5 veranschaulicht in einer Abwicklung des Kolbenquerschnittes
den doppelten Bimetalleffekt gemäß der Erfindung.F i g. 1 and 2 illustrate longitudinal sections through a piston according to FIG
the invention; the cut
according to FIG. 1 runs in the plane of
Bolt eyes, the section according to FIG. 2 90 ° across it; F i g. 3 and 4. are cuts
by the control piston according to the invention according to the section A -B in the F i
G. 2; F i g. 3 represents a closed control element, FIG. 4 two separate
Control elements; F i g. 5 illustrates a development of the piston cross section
the double bimetal effect according to the invention.
Zur Erzielung des doppelten Bimetalleffektes im Rahmen der Erfindung
verläuft das Regelglied 1 gemäß der F i g. 3 in, den Bereichen A zwischen Bolzenaugen
und tragender Schaftpartie an der Innenseite des Kolbenmantels und wechselt über
den Bereich C (unmittelbar tragende Schaftpartie) in Lauffiächennähe über. Das gleiche
trifft für die Darstellung nach F i g. 4 zu. Hier sind lediglich zwei Regelelemente
2 und 3 eingegossen, was jedoch im Rahmen der Erfindung nur eine untergeordnete
Rolle spielt. Mit T ist der Bereich der tragenden Schaftflächen des Kolbens gekennzeichnet,
der von der erfindungsgemäßen Regelwirkung erfaßt ist.To achieve the double bimetal effect within the scope of the invention
the control element 1 runs according to FIG. 3 in, the areas A between bolt eyes
and supporting skirt section on the inside of the piston skirt and changes over
the area C (directly supporting shaft part) near the running surface. The same
applies to the representation according to FIG. 4 to. Here are just two elements of the rule
2 and 3 poured in, which, however, is only a subordinate part of the invention
Role play. The area of the supporting skirt surfaces of the piston is marked with T,
which is covered by the control effect according to the invention.
Der Kolbenkopf (vgl. insbesondere F i g. 2) ist ringsum mit gleicher
Wandstärke versehen und geht ohne Einschnürungen in sanftem übergang in den Schaft
über. Der Kolbenschaft wird in Kippebene zur besseren Abstützung nach oben hin stärker
und kann zum gleichen Zweck wie zur stabileren Aufnahme bei dei Bearbeitung in der
Mitte einen. schwachen' Wulst erhalten.The piston head (cf. in particular FIG. 2) is identical all around
Wall thickness and goes smoothly into the shaft without constrictions
over. The piston skirt becomes stronger towards the top in the tilting plane for better support
and can be used for the same purpose as for more stable recording when editing in the
Middle one. weak 'bead received.
Bezüglich der Herstellung des erfindungsgemäßen Regelkolbens ist zu
sagen, daß die ' sehr einfache Innenform die Verwendung eines dreiteiligen Gießkerns,
welcher unschwer herzustellen ist, ermöglicht. Das @ einzugießende Stahlband kann
ohne Abfall aus Blech gestanzt oder direkt von einem fertigen Band abgeschnitten
werden. Durch den Abbau der Materialanhäufungen über den Bolzenaugen, den Rippen
und über den sonst üblichen Querschlitzen läßt sich der Kolben leicht gießen. Schließlich
tritt bezüglich der Bearbeitung eine Erleichterung ein, da sowohl die Querschlitze
als auch das Einfallen der. Ringnut entfällt.Regarding the manufacture of the control piston according to the invention, it is to
say that the 'very simple inner shape is the use of a three-part casting core,
which is easy to manufacture, enables. The steel band to be cast in can
Punched from sheet metal without waste or cut directly from a finished strip
will. By breaking down the accumulations of material above the bolt eyes and the ribs
and the flask can be easily poured over the otherwise usual transverse slits. In the end
the machining is made easier, as both the transverse slots
as well as the incursion of the. No ring groove.