DE1249011B - Leichtmetallkolben fur Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

F02f

Nummer: 1249 011

Aktenzeichen: C 214951 a/46 c 1

Anmeldetag: 20. Mai 1960

Auslegetag: 31. August 1967

_t Die Erfindung betrifft einen Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen, der mit einer im Kolben zwischen dem Kolbenkopf und dem Kolbenbolzen angeordneten Querstütze aus einem Werkstoff von geringerer Wärmedehnung, z. B. aus Stahl, versehen ist.

Für Leichtmetallkolben, die beim Erhitzen einer starken Wärmedehnung in Umfangsrichtung unterliegen und demgemäß im kalten Zustand und beim Anlaufen ein größeres Kolbenspiel im Zylinder aufweisen als nach dem Erhitzen im Betriebszustand, ist die Anordnung einer Querstütze im Bereich des Kolbenkopfes in unterschiedlichen Ausführungen bekannt. Die aus einem Werkstoff von geringerer Wärmedehnung als Leichtmetall bestehende Querstütze hat dabei die Aufgabe, die Wärmedehnung des Kolbens in der Umfangsrichtung zu vermindern. Ist die Querstütze zwischen gegenüberliegenden Stellen der Kolbenwand in bekannter Ausführung mit beiden Enden fest verspannt, so ruft sie entweder beim Erkalten oder beim Erhitzen des Kolbens starke innere Spannungen in der Kolbenwand hervor, die dazu führen können, daß der Kolben reißt oder seine kreisrunde Gestalt verliert. Um diese inneren Spannungen zu vermindern oder zu beseitigen, hat man in bekannten Ausführungen vorgeschlagen, den von der Querstütze beim Erkalten gespreizten Teil des Kolbens mit einem oder mehreren Wandschlitzen zu versehen, die sich teils in Achsrichtung, teils in Umfangsrichtung des Kolbens erstrecken, oder die Querstütze mit beiden Enden in Höhe eines Kolbenringes durch die Kolbenwand hindurchzuführen, so daß sie den zugeordneten Kolbenring an gegenüberliegenden Stellen untergreift. Beide Ausführungen sind aber nachteilig, weil sie teils durch die Wandschlitze, teils durch das Abheben und Öffnen des Kolbenringes die Abdichtung des Leichtmetallkolbens im Zylinder vermindern und bei bekannter Anordnung der Querstütze, rechtwinklig zum Kolbenbolzen, zur Folge haben, daß der durch die Schräglage der Pleuelstange bedingte Seitendruck des Kolbens nur von einer kleinen Fläche oder nur vom starr abgestützten Kolbenring aufgenommen werden kann, was eine hohe spezifische Flächenpressung und vermehrte Abnutzung der Zylinderlauffläche nach sich zieht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine in einem Leichtmetallkolben zwischen dem Kolbenkopf und dem Kolbenbolzen rechtwinklig zu letzterem angeordnete Querstütze aus Stahl, die mit ihrem einen Ende an der Kolbenwand starr abgestützt ist, so auszubilden, daß sie beim Erhitzen und Abkühlen Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen

Anmelder:

Cross Manufacturing Company (1938) Limited,

Bath, Somerset (Großbritannien)

Vertreter:

Dipl.-Ing. G. Weinhausen, Patentanwalt,

München 22, Widenmayerstr. 46

Als Erfinder benannt:
Roland Claude Cross,
Bath, Somerset (Großbritannien) -

des Kolbens keine inneren Spannungen in der Kolbenwand erzeugt, dennoch aber das Spiel des Leichtmetallkolbens im Zylinder beim Anlaufen aus dem kalten Zustand an der dem Seitendruck ausgesetzten Kolbenseite beseitigt und den Kolben einschließlich seiner Kolbenringe auf dieser Seite im wesentlichen in seiner ganzen Höhe satt an die Zylinderwand drückt.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei starrer, ungeschlitzter Ausbildung der Kolbenwand die aus einem starren Stab bestehende Querstütze mit ihrem anderen Ende die Kolbenwand durchragt und einen an sich bekannten, in Umfangsrichtung des Kolbens liegenden äußeren Gleitschuh aufweist, der in einer äußeren Vertiefung der Kolbenwand liegt und die letztere im Bereich dieser Vertiefung außen übergreift.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der Gleitschuh der Quer stütze zur Abfederung eines seitlichen Kolbensegmentes eine an sich bekannte, seine Außenfläche übergreifende Bandfeder tragen, die den Gleitschuh an seinen beiden Enden umgreift. Dies hat den Vorteil, daß sich die eigene Ausdehnung der Querstütze mit zunehmender Erhitzung nicht in einer unzulässigen Druckübertragung auf den abgestützten Kolbenring bzw. auf die Zylinderlauffläche auswirken kann. Um diese Eigendehnung der Querstütze zu vermindern, kann die Querstütze mit einer Vielzahl von ringförmigen Kühlrippen versehen sein.

Die Zeichnung stellt einige Ausführungsformen von Kolben gemäß der Erfindung dar, und zwar zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erste Ausiührungsform,

F i g. 2 einen Längsschnitt durch den oberen Teil eines derartigen Kolbens,

709 639/266

1 249 Ol 1

F i g. 3 bis 6 Quer- und Längsschnitte durch zwei andere Ausführungsformen,

F i g. 7 einen Querschnitt durch eine vierte Ausführungsform eines Kolbens nach der Erfindung und Am Kolbenkopf 15 macht man das Spiel üblicherweise größer als am anderen Ende des Kolbens, weil am Kolbenkopf 15 wesentlich höhere Temperaturen auftreten. Es ist deshalb wichtig, dem Kippen des

F i g. 8 einen Längsschnitt durch einen gesamten 5 Kolbens in der Nähe des Kolbenkopfes 15 entgegenderartigen Kolben. zuwirken, obwohl es möglich ist, eine ähnliche Ein-

Bei allen Ausführungsformen liegt, wie dies in richtung auch am anderen Ende des Kolbens oder F i g. 7 und 8 erkennbar ist, der Kolbenbolzen recht- an sonstiger Stelle vorzusehen, wobei man aber winklig zu der darüber angeordneten Querstütze. Die wegen der Pleuelstange die Querstütze entweder Lage des Kolbenbolzens ist in Fig. 7 und 8 durch io gabeln oder beiderseits der Pleuelstange anordnen die beiden Kolbenbolzenlager 1 bestimmt. muß.

Die Kolben 2 bestehen aus einer Aluminium- Bei allen Ausführungsformen kann der Kolben auf

legierung und sind im Bereich des Kolbenkopfes 15 das übliche Spiel geschliffen werden, während das mit einer Querstütze 3 aus Stahl versehen. Das eine äußere Ende der Querstütze 3 ein wesentlich geEnde 5 der Querstütze 3 durchragt eine Bohrung 4 15 ringeres Spiel gegenüber der Zylinderwand 7 aufweist der Kolbenwand 6 und stützt sich unmittelbar oder und bei allen Betriebsbedingungen ein Kolbenkippen mittelbar an der Zylinderwand 7 ab, die in F i g. 2, 4, wirksam verhindert oder doch beträchtlich ver-6 und 8 mit strichpunktierten Linien angedeutet ist. mindert.

Das andere Ende 8 der Querstütze 3 ist auf der Mit der Querstütze 3 kann man die verschieden-

gegenüberliegenden Seite des Kolbens an der Kolben- 20 sten Kolbenringanordnungen verbinden. In F i g. 7 wand 6 abgestützt und in einer Ausnehmung 9 der und 8 ist z. B. gezeigt, wie eine einzelne Querstütze 3

Innenfläche der Kolbenwand 6 gehaltert.

Das an der Zylinderwand 7 anliegende Ende der Querstütze 3 drückt den Kolben auf seiner diametral gegenüberliegenden Seite an die Innenfläche des Zylinders. Das äußere Ende 5 der Querstütze 3 kann sich z. B. von innen an einen geschlitzten Kolbenring 11 anlegen. In diesem Falle mündet die Bohrung 4, wie dies in F i g. 3 und 4 dargestellt ist, in eine Umfangsnut 12 des Kolbens, in der der Kolbenring 11 angeordnet ist. Dabei ist in allen Ausführungsformen das äußere Ende 5 der Querstütze 3 mit einem äußeren Gleitschuh 13 versehen, der mit der Querstütze aus einem Stück bestehen kann und in einer äußeren Vertiefung der Kolbenwand 6 liegt, die er im Bereich dieser Vertiefung außen übergreift. Zwischen dem Gleitschuh 13 und dem Kolbenring 11 ist gemäß F i g. 5 und 6 noch eine Bandfeder 14 vorgesehen, die den Gleitschuh 13 an seinen beiden Enden umgreift.

.Die Bohrung 4 ist je nach dem Querschnitt der Querstütze 3 rund oder eckig. Die Querstütze 3 kann zusätzlich zu ihren Führungen in der Bohrung 4 und in der Ausnehmung 9 noch in der Bohrung einer quer über die Innenfläche des Kolbenkopfes 15 verlaufenden Rippe 16 geführt sein, wie dies in F i g. 1 bis 6 veranschaulicht ist.

Der äußere Gleitschuh 13 der Querstütze 3 erhält vorzugsweise eine solche Form, daß seine Außenfläche der Krümmung der Zylinderwand 7 bzw. des Kolbenringes 11 genau entspricht. Auf dem größten Teil ihrer Länge liegt die Querstütze 3 im Inneren des Kolbens frei und kann hier mit Kühlrippen 17 versehen sein, wie sie in F i g. 7 und 8 eingezeichnet sind. Ein sehr geringes Spiel kann in kaltem Zustand der Maschine zwischen dem äußeren Gleitschuh 13 der Querstütze 3 und der Zylinderwand 7 oder zwischen dem von dem Gleitschuh 13 abgestützten Teil des Kolbenringes 11 und der Zylinderwand 7 vorgebei drei Kolbenringgruppen 18, 19, 20 angeordnet sein kann.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen mit einer im Kolben zwischen dem Kolbenkopf und dem Kolbenbolzen rechtwinklig zu letzterem angeordneten Querstütze aus einem Werkstoff von geringerer Wärmedehnung, z. B. Stahl, die mit dem einen Ende an der Kolbenwand starr abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei starrer, ungeschlitzter Ausbildung der Kolbenwand (6) die aus einem starren Stab bestehende Querstütze (3) mit ihrem anderen Ende (5) die Kolbenwand (6) durchragt und einen an sich bekannten, in Umfangsrichtung des Kolbens liegenden äußeren Gleitschuh (13) aufweist, der in einer äußeren Vertiefung der Kolbenwand liegt und die letztere im Bereich dieser Vertiefung außen übergreift.

2. Leichtmetallkolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleitschuh (13) der Querstütze (3) eine an sich bekannte, seine Außenfläche übergreifende Bandfeder (14) trägt, die den Gleitschuh (13) an seinen beiden Enden umgreift (Fig. 5).

3. Leichtmetallkolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Querstütze (3) mit einer Vielzahl von ringförmigen Kühlrippen (17) versehen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift 800 618; · USA.-Patentschriften Nr. 1454761, 1454762, 625 120, 2 012 467, 2 016 379;

Dissertation von Dipl.-Ing. H. Kinkeldey, »Das

Problem der Wärmedehnung bei Leichtmetallkolben

sehen werden. Dieses Spiel kann bei einem Kolben 60 von Fahrzeugmotoren und seine Lösung«, Techvon etwa 100 mm Durchmesser etwa 0,1 mm be- nische Hochschule München, Juli 1959, S. 69, 70, tragen. 134, 135.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen