DE1476050B1 - Verfahren zum Giessen von Leichtmetallkolben - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gießen Risse erhalten, durch welche die Leichtmetallauflagen von Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen, die selbsttätig von dem Kolbenkopfteil getrennt werden aus einem die Kolbenringnuten tragenden Kolben- und einen axialen Abstand erhalten,

kopfteil aus Leichtmetall bestehen, an dem die Der wesentliche Vorteil dieses erfindungsgemäßen Lagerteile für den Kolbenbolzen sitzen, sowie einem 5 Verfahrens besteht, da der dickwandige Kolbenkopf Kolbenschaft aus dichterem Material mit niedrigerem über nur dünne Stege mit den Leichtmetallauflagen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der in die Lager- des Kolbenmantels in Verbindung steht, darin, daß

teile für den Kolbenbolzen eingebettet ist und bei beim Abkühlen des gegossenen Leichtmetalls die

denen die Laufflächen des Kolbenmantels mit Leicht- Stege infolge der unterschiedlichen Wärmedehnung

metallauflagen versehen sind, die einen axialen Ab- io des für den Kolbenmantel benutzten Stahlbleches

stand von dem Kolbenkopfteil haben und von den und des Leichtmetalls des Kolbenkopfes Risse er-

Lagerteilen für den Kolbenbolzen in Umfangs- halten, so daß sich selbsttätig eine Trennung der

richtung getrennt sind. Leichtmetallauflagen von dem Kolbenkopfteil ergibt.

Die Verwendung von Leichtmetallen bei der Her- Zu diesem Zweck ist also eine besondere Bearbeitung

stellung von Kolben wirft eine Anzahl von Pro- 15 nicht erforderlich, und es ist auch nicht notwendig,

blemen auf. Die üblicherweise verwendeten Leicht- die Leichtmetallauflagen gesondert anzubringen,

metalle haben einen hohen Wärmeausdehnungs- Weiterhin lassen sich mit dem erfindungsgemäßen

koeffizienten sowie einen hohen Wärmeleitkoeffizien- Verfahren Kolben einfach und schnell herstellen,

ten. Der Zylinder, in welchem der Kolben bewegt wobei eine Nachbearbeitung der Kolben vermieden

wird, besteht üblicherweise aus Gußeisen, das einen 20 wird.

geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist. Die Zeichnungen stellen ein Ausführungsbeispiel

Damit dehnen sich der Kolben und der Zylinder un- der Erfindung dar. Es zeigt

gleichmäßig aus. Da bei ansteigender Temperatur F i g. 1 eine Seitenansicht eines Kolbens für eine

der Kolbendurchmesser schneller zunimmt als die Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung,

Zylinderbohrung, muß der Kolben bei kalter Ma- 25 F i g. 2 einen Längsschnitt durch den Kolben nach

schine lose in die Zylinderbohrung eingepaßt wer- F i g. 1 in einer senkrecht zur Kolbenbolzenachse

den, um ein Festfressen des Kolbens bei Betriebs- , liegenden Ebene,

temperatur zu vermeiden. Der lose eingepaßte F i g. 3 einen teilweisen Längsschnitt längs der

Kolben erzeugt ein nachteiliges Geräusch, welches Kolbenbolzenachse,

als »Kolbenticken« bekannt ist. 30 F i g. 4 einen Querschnitt nach der Linie IV-IV in

Um das Kolbenticken zu vermindern und um eine F i g. 2,

Wölbung des Kolbens innerhalb der Zylinderbohrung F i g. 5 einen Querschnitt nach der Linie V-V in

zu ermöglichen, wurde vorgeschlagen, Einsätze in F i g. 3,

den Kolben einzugießen, um die Wärmeausdehnung F i g. 6 einen Längsschnitt nach der Linie VI-VI in

zu vermindern oder zu vermeiden. Die Verwendung 35 Fig. 1,

derartiger Einsätze erhöht indessen den Herstellungs- F i g. 7 eine Einzelheit eines Längsschnittes entpreis des Kolbens. Weiterhin müssen solche Einsätze sprechend F i g. 2 in größerer Darstellung,
genau in der Kolbenform eingesetzt werden, wenn F i g. 8 eine Draufsicht auf den inneren Kolbender Kolben gegossen wird, und es muß zusätzliches mantel des Kolbens nach Fig. 1,
Kolbenmaterial verwendet werden, um den Einsatz 40 F i g. 9 eine Vorderansicht des inneren Kolbenzu halten. mantels,

Weiterhin ist es allgemein üblich, bei der Her- F i g. 10 eine Seitenansicht des inneren Kolbenstellung von Leichtmetallkolben einen Umfangsschlitz mantels.

zwischen der unteren Kante des Kolbenkopfes und In F i g. 1 bis 5 ist ein Leichtmetallkolben 11 geder oberen Kante des an der Zylinderwand anliegen- 45 maß der Erfindung gezeigt, welcher aus einer AIuden Kolbenmantels einzuarbeiten. Diese Schlitze miniumlegierung oder einem anderen Leichtmetall trennen den Mantel axial vom Kolbenkopf. Ein hergestellt ist. Die Innenfläche des Leichtmetallwesentlicher Nachteil besteht darin, daß dieser zu- kolbens 11 ist so ausgebildet, daß der Kolben unter sätzliche Bearbeitungsvorgang kostspielig ist. Bei Verwendung eines einzigen Dauerkernes gegossen einem bekannten Kolben (britische Patentschrift 50 werden kann.

181 765) werden auf den aus Stahlblech gefertigten Der Leichtmetallkolben 11 weist einen Kopf 12 Kolbenmantel Aluminiumbleche angenietet. Dieses mit einer ebenen Stirnfläche 13 auf, die von einem Verfahren ist indessen sehr kompliziert und technisch zylindrischen, die Kolbenringe enthaltenden Kolbenaufwendig, so daß sich als weiterer Nachteil ein kopfteil 14 begrenzt ist. In dem Kolbenkopfteil 14 relativ hoher Herstellungspreis für den Kolben er- 55 sind eine blinde Umfangsnut 15 und erste und zweite gibt. Ringnuten 16 und 17 vorgesehen, welche Ver-

Die Erfindung hat sich nun zur Aufgabe gestellt, dichtungsringe aufnehmen können. Am unteren Ende ein Verfahren zum Gießen von Leichtmetallkolben des Kolbenkopfteils 14 ist eine ölringnut 18 für der eingangs umrissenen Art zu schaffen, bei einen Ölabstreifring angeordnet. Von dem Kolbenweichem nach Einsetzen des Kolbenmantels in die 60 kopfteil 14 weisen an gegenüberliegenden Seiten des Gießform der Kolben mit den Leichtmetallauflagen Leichtmetallkolbens 11 Kolbenbolzenaugen 19 und für den Kolbenschaft in einem Stück fertig gegossen 20 abwärts, welche die Form von Pyramidenwird, so daß für die Herstellung des Kolbens kein stumpfen aufweisen, um eine Dauergußform für den weiterer Arbeitsgang erforderlich ist. Kolben 11 verwenden zu können. In den Kolben-

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß 65 bolzenaugen 19 und 20 sind miteinander fluchtende die Leichtmetallauflagen mit dem Kolbenkopf teil Kolbenbolzenlager 21 und 22 für einen nicht darüber dünne Stege in Verbindung gebracht werden, gestellten Kolbenbolzen vorgesehen, welcher den die beim Abkühlen des gegossenen Leichtmetalls Leichtmetallkolben 11 mit einer Pleuelstange ver-

bindet. Es können auch Schmiernuten 23 in den Kolbenbolzenaugen 19 und 20 vorgesehen sein.

An diametral gegenüberliegenden Seiten des Leichtmetallkolbens 11 sind zwei Gleitschuhe 24 und 25 angebracht. Die Gleitschuhe 24 und 25 weisen an der Zylinderwand anliegende Leichtmetallauflagen 26 und 27 auf, welche sich zwischen den Kolbenbolzenaugen 19 und 20 erstrecken. Die äußeren Flächen der Kolbenbolzenaugen 19 und 20 sind gegenüber dem Kolbenkopfteil 14 und den Leichtmetallauflagen 26 und 27 (F i g. 5) radial einwärts vertieft, so daß lediglich die Leichtmetallauflagen 26 und 27 der Gleitschuhe 24, 25 mit der Zylinderwand in Berührung kommen können.

Dünne, gewölbte Stege 28 und 29 (F i g. 2 und 7) verbinden die oberen Enden der Gleitschuhe 24 und 25 mit dem Kolbenkopfteil 14, wobei bearbeitete obere Flächen 31 und 32 dieser Gleitschuhe die untere Flanke der Ölringnut 18 bilden. Ausgerundete Ausnehmungen 33 am Umfang der Stege 28 und 29 trennen die Gleitschuhe 24,25 von den Kolbenbolzenaugen 19 und 20. Diese Ausnehmungen 33 ermöglichen auch, daß das Öl, welches durch den Ölabstreifring von der Zylinderwand abgewischt wird, von der Ölringnut 18 in das Kurbelgehäuse zurückgelangen kann.

Die an der Zylinderwand anliegenden Leichtmetallauflagen 26 und 27 der Gleitschuhe 24 und 25 enden an jeder Seite mit je einer Kante 34, die mit den Ausnehmungen 33 fluchten und am Umfang von den Kolbenbolzenaugen 19 und 20 im Abstand angeordnet sind. Die Gleitschuhe 24 und 25 werden von den Kolbenbolzenaugen 19 und 20 mittels eines inneren Kolbenmantels 35 getragen, der im einzelnen in F i g. 8 bis 10 dargestellt ist.

Der innere Kolbenmantel 35 besteht aus zwei Stahlblechteilen mit sich überlappenden Enden 36 und 37. Diese Enden 36 und 37 sind durch Punktschweißung oder in anderer Weise miteinander befestigt. Der Kolbenmantel 35 besteht aus zwei sich gegenüberliegenden Abschnitten 38 und 39, die in Ebenen liegen, welche senkrecht zur Achse der Kolbenbolzenlager 21 und 22 verlaufen. Größere öffnungen 41 und 42 in den Abschnitten 38 und 39 sind koaxial zu den Kolbenbolzenlagern 21 und 22 angeordnet. Die Öffnungen 41 und 42 haben einen größeren Durchmesser als die Kolbenbolzenlager 21 und 22. Laschen 43 und 44 können über den Öffnungen 41 und 42 vorgesehen sein.

Am äußeren Ende sind die Abschnitte 38 und 39 des einen Stahlblechteils durch einen gleichmäßig gewölbten Abschnitt 45 miteinander verbunden, der eine sich allmählich vergrößernde Länge aufweist (F i g. 10). Der gewölbte Abschnitt 45 ist mit einer Anzahl Durchbrechungen 46 versehen. Die äußeren Enden der Abschnitte 38 und 39 des anderen Stahlblechteils sind gleichfalls durch einen gleichmäßig gewölbten Abschnitt 47 miteinander verbunden, der dem Abschnitt 45 entspricht und ebenfalls eine Anzahl Durchbrechungen 48 aufweist.

Wenn der Leichtmetallkolben 11 gegossen wird, wird der innere Kolbenmantel 35 in die Gußform eingesetzt und mit dem Gußmetall, welches den Kolbenkopfteil 14, die Kolbenbolzenaugen 19 und 20 sowie die Leichtmetallauflagen 26 und 27 bildet, vergössen. Das geschmolzene Leichtmetall fließt durch die Durchbrechungen 46 und 48 in den gewölbten Abschnitten 45 und 47, wie dies bei 49 (F i g. 2 und 7) dargestellt ist, und verankert die Leichtmetallauflagen 26 und 27 der Gleitschuhe 24 und 25 an dem inneren Kolbenmantel 35. Die Leichtmetallauflagen 26 und 27 erstrecken sich über die volle Länge der gewölbten Abschnitte45 und 47 (Fig. 5) und können sich zum Teil auch in die Abschnitte 38 und 39 erstrecken. Es ist indessen wichtig, daß die Kanten 34 der Gleitschuhe 24 und 25 von den Kolbenbolzenaugen 19 und 20 am Umfang einen Abstand aufweisen.

Wenn das geschmolzene Leichtmetall rund um den inneren Kolbenmantel 35 eingegossen wird, wird der Kolbenmantel 35 aufgeheizt und dehnt sich aus. Wenn das Leichtmetall sich abkühlt, so zieht sich der gesamte Kolben zusammen. Das Leichtmetall des Kopfes 12 schrumpft mehr als der Stahl des inneren Kolbenmantels 35, und zwar infolge des unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Die Leichtmetallauflagen 26 und 27 werden von dem Kolbenmantel 35 an der Zusammenziehung gehindert. Das unterschiedliche Ausmaß der Wärmeschrumpfung beim Kolbenmantel 35 und dem daneben liegenden Kopf 12 läßt einen Bereich hoher Spannungen entstehen. Entweder gleich nach der Abkühlung oder bei Einarbeitung der Ölringnut 18 in den Leichtmetallkolben 11 treten Risse 51 (F i g. 2 und 7) in dem Bereich der dünnen Stege 28 und 29 auf, die zunächst die Leichtmetallauflagen 26 und 27 mit dem Kopf 12 verbunden haben. Die Risse 51 bewirken, daß die Leichtmetallauflagen 26 und 27 axial von dem Kopf 12 abgetrennt weiden.

Wenn der Leichtmetallkolben 11 in einer Brennkraftmaschine arbeitet, so wird er rasch erhitzt. Der Kopf 12 dehnt sich infolge seines hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten rasch aus. Diese Ausdehnung ist in allen radialen Richtungen gleich. Die radiale Ausdehnung überträgt sich nicht auf die Leichtmetallauflagen 26 und 27, weil diese vom Kopf 12 durch die Risse 51 axial getrennt sind. Der niedrigere Wärmeausdehnungskoeffizient des Kolbenmantels 35 trägt außerdem dazu bei, daß die axiale Ausdehnung der Leichtmetallauflagen 26 und 27 verzögert wird, wobei letztere außerdem mit dem inneren Kolbenmantel 35 als bimetallisches Element zusammenwirken. Die äußeren Kanten 34 der Leichtmetallauflagen 26 und 27 krümmen sich bei der Erhitzung von der Zylinderwand aus nach innen und machen ein exzentrisches Schleifen der Mantelflächen unnötig.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zum Gießen von Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen, die aus einem die Kolbenringnuten tragenden Kolbenkopfteil aus Leichtmetall bestehen, an dem die Lagerteile für den Kolbenbolzen sitzen, sowie einem Kolbenmantel aus dichterem Material mit niedrigerem Wärmeausdehnungskoeffizienten, der in die Lagerteile für den Kolbenbolzen eingebettet ist und bei denen die Laufflächen des Kolbenmantels mit Leichtmetallauflagen versehen sind, die einen axialen Abstand von dem Kolbenkopfteil haben und die von den Lagerteilen für den Kolbenbolzen in Umfangsrichtung getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Leichtmetallauflagen (26, 27) mit dem Kolben-

   kopfteil (14) über dünne Stege (28, 29) in Verbindung gebracht werden, die beim Abkühlen des gegossenen Leichtmetalls Risse (51) erhalten, durch die die Leichtmetallauflagen (26, 27) selbsttätig von dem Kolbenkopfteil (14) getrennt werden und einen axialen Abstand erhalten.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen