DE1525280B2

DE1525280B2 - Leichtmetallkolben für Rotationskolbenmaschinen

Info

Publication number: DE1525280B2
Application number: DE1525280A
Authority: DE
Inventors: Roland 7107 Neckarsulm Scheufler
Original assignee: Karl Schmidt 7107 Neckarsulm GmbH
Current assignee: Karl Schmidt 7107 Neckarsulm GmbH
Priority date: 1966-05-07
Filing date: 1966-05-07
Publication date: 1975-02-27
Also published as: DE1525280A1; US3500797A

Description

Die Erfindung betrifft einen Leichtmetallkolben für Rotationskolbenmaschinen, vorzugsweise Brennkraftmaschinen, mit konzentrischer Einlage aus Stahl.

Ein solcher Kolben ist in der DL-PS 32 119 beschrieben, wobei unter anderem die Lagerbohrung mit einem im Kolben verankerten Metallfutter aus Stahl ausgegossen oder ausgespritzt ist. Eine solche Einlage verhindert im betriebswarmen Zustand eine Lagerspielvergrößerung und bei Unterkühlung eine Lagerspielverengung in radialer Richtung. Hierbei ist eine sichere Verankerung des aus Stahl bestehenden Metallfutters im betriebswarmen Zustand wegen der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von Leichtmetall und Stahl sowie eine Temperaturfestigkeit in axialer Richtung nicht gewährleistet.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen in radialer Richtung temperaturfesten Leichtmetallkolben für Rotationskolbenmaschinen auch in axialer Richtung temperaturfest zu machen. Insbesondere soll darüber hinaus eine Regelung des Ausdehnungsverhaltens der Seitenflächen des Kolbens erzielt werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Stahleinlage im Kolben eingegossen ist und im Bereich ihrer axialen Begrenzungen radiale Fortsätze aufweist. Auf diese Weise gelingt es, neben der radialen auch die axiale Wärmeausdehnung zu beeinflussen.

Von der Querschnittsform her gesehen, ist eine solche Einlage aus dem Gleitlagerbau gemäß DT-AS 1 049 165 bekannt. Die dort beschriebene Gleitlagerschale weist an den Stirnseiten halbkreisförmige Verstärkungsringe auf, welche zur besseren Haftung des an sie anzugießenden Gußeisens mit vorstehenden Zungen und abwechselnd mit diesen abgebogenen Zungen versehen ist. Diese Lagerschale dient zwar zur Erhöhung der Festigkeit der an sie angegossenen Lagermetallschicht, das Problem der Steuerung der radialen und axialen Wärmeausdehnung von thermisch und mechanisch hochbelasteten Maschinenelementen, wie die Rotationskolben darstellen, ist jedoch dabei nicht angesprochen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Stahleinlage ringsegmentförmig sein. Bei dieser abschnittsweisen Verankerung wird die Ausdehnung der Seitenwände des Kolbens in den verankerten Bereichen verhindert, während sich die nicht verankerten Bereiche in axialer Richtung ungestört ausdehnen können. Da bei einem Kolben z. B. für Rotationskolben-Brennkraftmaschinen an den verschiedenen Stellen seines Umfangs verschieden hohe Temperaturen auftreten und damit eine verschieden große Ausdehnung auftritt, kann durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen erreicht werden, daß die örtlichen Ausdehnungen unterbleiben und die Seitenflächen des Leichtmetallkolbens im Motorbetrieb planparallel bleiben.

Bekanntlich kommt es bei Kolben für Rotationskolbenmaschinen wegen der empfindlichen Abdichtung der Brennräume auf eine besonders präzise Lagerung an. Zu diesem Zweck besitzt das Lager eines solchen Kolbens mehrere Engstellen, die vorteilhaft zahlenmäßig der über den Umfang auftretenden Hauptbelastungen entsprechen, um eine möglichst spielfreie Lagerung zu erhalten. In der Regel muß zu diesem Zweck das Lager sorgfältig bearbeitet werden. Die Bearbeitung kann wesentlich eingeschränkt werden, wenn erfindungsgemäß die ring- bzw. reifensegmentförmigen Stahleinlagen im Bereich ihrer Stoßstellen mit dem Kolbenwerkstoff verankert sind. Auf diese Weise tritt bei Temperaturerhöhung eine unrunde Verformung des ursprünglich kreisrunden Lagers auf, und es können so die gewünschten Engstellen im Lager allein durch die Erhöhung der Temperatur herbeigeführt werden. Die Engstellen treten dort auf, wo sich die Reifensegmente befinden. Da die Engstellen bevorzugt in den Hauptbelastungsbereichen eines Kolbens für Rotationskolbenmaschinen anzuordnen sind, sollten auch die Reifensegmente in diesen Bereichen vorgesehen werden.
Schließlich weist der Kolben für Rotationsbrennkraftmaschinen im Betrieb an seinem äußeren Umfang die höchsten Temperaturen auf, da sich hier die Arbeitsflächen befinden, die direkt von den heißen Brenngasen beaufschlagt werden. Das Temperaturgefälle nimmt zum Zentrum hin ab. Aus diesen Gründen ist das Lager eines solchen Kolbens im kalten Zustand in axialer Richtung ballig bzw. konisch ausgebildet, damit sich im Betrieb entsprechend der Temperaturverteilung ebene Seitenflächen ergeben. Diese Lagerform kann mit Hilfe der erfindungsgemäß verankerten Einlagen gesteuert bzw. beeinflußt werden.

In den Abbildungen ist der Erfindungsgegenstand zeichnerisch beispielhaft erläutert: Die A b b. 1 ist der Schnitt A-B gemäß der A b b. 2, die eine Seitenansicht eines Kolbens t für Rotationskolbenmaschinen darstellt. Wie aus der A b b. 1 hervorgeht, ist in dem Kolben 1 eine Stahleinlage 2 eingegossen, deren axiale Begrenzungen 3 durch radiale Fortsätze 4 mit dem Werkstoff des Kolbens 1 verankert sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Leichtmetallkolben für Rotationskolbenmaschinen, vorzugsweise Brennkraftmaschinen, mit konzentrischer Einlage aus Stahl, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahleinlage (2) im Kolben (1) eingegossen ist und im Bereich ihrer axialen Begrenzungen (3) radiale Fortsätze (4) aufweist.

2. Leichtmetallkolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahleinlage ringsegmentförmig gestaltet ist.