DE1803832B1

DE1803832B1 - Light alloy pistons with expansion-regulating inserts

Info

Publication number: DE1803832B1
Application number: DE19681803832D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Rudolf Maier
Original assignee: Mahle GmbH
Current assignee: Mahle GmbH
Priority date: 1968-10-18
Filing date: 1968-10-18
Publication date: 1969-10-02
Also published as: SE356111B; FR2020990A1; GB1224577A; US3598022A; AT297409B

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Leicht- Kolbens erstens die innerhalb der in den Schaftmetallkolben, in dessen dem Kolbenkopf zunächst werkstoff eingebetteten gekrümmten Einlagenteile liegendem Schaftteil sich von den Bolzennaben bei- liegenden Leichtmetallschaftteile über eine Breite zu derseits in Richtung auf die senkrecht zur Kolben- unterbrechen, die mindestens so groß ist wie der bolzenachse verlaufende Symmetrieebene, diese je- 5 gegenseitige Abstand der einander gegenüberliegendoch nicht erreichende, im Bereich der tragenden den Enden dieser Einlagenteile, zweitens Wand-Schaftteile entsprechend deren Kontur gekrümmte, durchbrechungen vorzusehen, welche die zwischen dehnungsregelnde Einlagen aus einem Werkstoff mit den gekrümmten Einlagenteilen verbleibenden Mittelkleinerem Wärmeausdehnungsbeiwert so eingebettet zonen der tragenden Schaftteile vom Kolbenkopf sind, daß sie die auf ihrer Außenfläche unter io trennen und drittens in einem dem offenen Schaft-Schrumpfspannung aufliegenden Teile des Leicht- ende näherliegenden Schaftteil Einlagenteile mit f reimetallschaftes, mit dem zusammen sie bimetallische liegenden, vom' Schaftwerkstoff nicht bedeckten In-Regelglieder bilden, vom Kolbenkopf trennen, wäh- nenseiten vorzusehen.The invention relates to a lightweight piston, firstly, the inside of the in the skirt metal piston, in its curved insert parts, which are initially material-embedded in the piston head The light metal shaft parts enclosed by the pin hubs extend over a width to the lying shaft part on the other hand in the direction of the perpendicular to the piston interrupt, which is at least as large as the The plane of symmetry running through the bolt axis, these 5 mutual spacing of the opposite one another not reaching, in the area of the load-bearing ends of these insert parts, secondly wall-shaft parts according to the contour of which is curved, to provide openings which the between Strain-regulating inserts made of a material with the curved insert parts remaining with a smaller coefficient of thermal expansion embedded in zones of the load-bearing skirt parts of the piston head are that they separate those on their outer surface under io and thirdly in one of the open shaft shrinkage stress overlying parts of the light end nearer shaft part insert parts with free metal shaft, with the bimetallic lying normal links not covered by the shaft material form, separate from the piston head, select sides.

rend mit dem Kolbenkopf zusammenhängende Das erste dieser Merkmale des erwähnten älterenrend related to the piston head. The first of these features of the older one mentioned

Leiehtmetallteile des Kqlbenschaftes radial innerhalb 15 Patents bewirkt, daß die zwischen den Enden der dieser Einlagen vorgesehen und von ihnen durch gekrümmten Einlagenteile liegenden Schaftteile des einen Schwindspalt getrennt sind. Kolbens schwachwandig und daher durch die deh-Alloyed metal parts of the Kqlbenschaftes radially within 15 patent causes the between the ends of the these inserts are provided and shaft parts of the lying by curved insert parts of them are separated by a shrinkage gap. Piston thin-walled and therefore due to the expandable

Bei derartigen bekannten Kolben, die vollschaftig nungsregelnde Wirkung der gekrümmten Einlagenausgebildet sind, d. h. zwischen Kopf und Schaft teile mit beeinflußbar sind. Das zweite Merkmal bekeine Querschlitze aufweisen, laufen die radial inner- ao wirkt eine Abtrennung der zwischen den Enden der halb der Einlagen liegenden, mit dem Kolbenkopf gekrümmten Einlagenteile liegenden Schaftteile vom zusammenhängenden Schaftteile bis. zum offenen Kolbenkopf und entzieht daher diese Schaftteile dem Schaftende durch. Gegenüber einer ebenfalls bekann- Einfluß der starken Wärmeausdehnung des im Beten Bauart, bei der in sich geschlossene hülsenför- triebe heißer als der Schaft werdenden Kolbenkopfes, mige Einlagen Verwendung finden, die sich bis zur 25 Das dritte Merkmal, welches an sich auch gegenüber Unterflanke der dem Kolbenschaft zunächst liegen- dem erwähnten älteren Vorschlag bei Kolben mit den Kolbenringnut erstrecken, oder unterhalb dieser sich über den ganzen Umfang der tragenden Schaft-Ringnut nach außen umgebogene Teile aufweisen, teile von Leichtmetallkolben erstreckenden hülsenwird der Vorteil erreicht, daß die Kolben leichter segmentförmigen Eisen-Einlagen aus der deutschen herstellbar sind. Während die Herstellung und das 30 Auslegeschrift 1078 387 bereits bekannt war, ent-Eingießen in sich geschlossener hülsenförmiger Ein- zieht nicht nur, wie bei dem bekannten Kolben, die lagen verhältnismäßig teuer ist, lassen sich hülsen- betreffenden Schaftteile dem Einfluß des Kolbensegmentförmige Einlagenpaare, die im Bereich der kopfes, sondern ermöglicht infolge der gegenüber dem Tragflächenmitten einen Raum zwischen sich frei aus der genannten Auslegeschrift 1 078 387 bekannlassen, leicht herstellen und mittels bekannter Vor- 35 ten Kolben geänderten Einlagenanordnung auch eine richtungen auch leicht automatisch in die zum Gie- Regelung der radialen Wärmeausdehnung des offeßen der Kolben dienenden Formen einbringen. Da- nen Schaftendes, auf welches die bimetallische Krümfür muß aber eine Verschlechterung der dehnungs- mung der Einlagen und der auf diesen aufliegenden regelnden Wirkung der Einlagen in Kauf genommen Schaftteile übergreift. Durch das Zusammenwirken werden. Schon bei den bekannten Kolben mit in sich 40 der genannten Merkmale wird daher eine in sämtgeschlossenen hülsenförmigen Einlagen ist die die . liehen Schaftteilen wirksame Regelwirkung erreicht. Wärmeausdehnung regelnde Wirkung, die hier nicht Der ältere Vorschlag ist jedoch auf sehr hoch be-In such known pistons, the full shaft regulating effect of the curved inserts is formed are, d. H. between head and shaft parts can be influenced. Deny the second characteristic Have transverse slots that run radially inwardly ao acts a separation of the between the ends of the half of the inserts lying with the piston head curved insert parts lying shaft parts from connected shaft parts up to. to the open piston head and therefore withdraws these shaft parts from the Shaft end through. Compared to a likewise well-known influence of the strong thermal expansion of the prayer Design in which self-contained sleeve feed drives are hotter than the piston head becoming mige deposits are used, which are up to 25 The third feature, which in itself also opposite Lower flank of the piston skirt initially mentioned earlier proposal with piston extend the piston ring groove, or below this over the entire circumference of the supporting shaft ring groove have outwardly bent parts, parts of light metal pistons extending sleeves will the advantage achieved is that the pistons have lighter segment-shaped iron inserts from the German can be produced. While the production and the 30 Auslegeschrift 1078 387 was already known, ent-pouring self-contained, sleeve-shaped retraction not only pulls in, as in the case of the known piston, the were relatively expensive, sleeve-related shaft parts can be influenced by the shape of the piston segment Pairs of insoles in the area of the head, but allows due to the opposite Leave a space between them freely in the middle of the wing from the above-mentioned Auslegeschrift 1 078 387, easy to manufacture and also a modified insert arrangement by means of known front pistons directions also easily automatically in the for casting control of the radial thermal expansion of the furnace Bring in molds used for the pistons. At the end of the shaft, on which the bimetallic Krümfür but there must be a deterioration in the elongation of the inserts and the ones resting on them regulating effect of the insoles accepted shaft parts. By working together will. Even in the case of the known pistons with 40 of the features mentioned, one in all is therefore closed sleeve-shaped inlay is the one. borrowed shaft parts effective control effect achieved. Thermal expansion regulating effect, which is not here. The older proposal, however, is very high.

auf bimetaUischer Krümmung beruht, auf die un- anspruchte Kolben nicht ohne weiteres anwendbar, mittelbar auf den Einlagen aufliegende Leichtmetall- weil die im Bereich der Tragflächenmitten vorgeschicht des Kolbenschaftes beschränkt. Das trifft 45 sehenen Unterbrechungen der inneren Schaftwandweitgehend auch auf Kolben zu, die mit hülsenseg- teile und die oberhalb der Tragflächenmitten vorgementförmigen Einlagen ausgestattet sind, welche mit sehenen Wanddurchbrechungen eine gewisse Beeinihren Enden in der Nähe der Bolzennaben im KoI- trächtigung der Festigkeit mit sich bringen,
benwerkstoff verankert sind und im Bereich der Dieser Nachteil wird erfindungsgemäß vermieden,is based on bimetallic curvature, to which unclaimed pistons are not readily applicable, light metal indirectly resting on the inserts because the upstream layer of the piston skirt in the area of the center of the wing is limited. This also applies to pistons, which are equipped with sleeve segments and pre-segment-shaped inserts above the center of the wing, which, with wall openings, cause a certain impairment of their ends in the vicinity of the pin bosses in order to reduce the strength ,
benwerkstoff are anchored and in the area of this disadvantage is avoided according to the invention,

Tragflächen keine Unterbrechungen aufweisen. Bei 50 wenn man die inneren Schaftteile im Bereich der den bekannten Kolben mit in der eingangs erwähn- Tragflächenmitten nicht unterbricht, sondern ledigten Art angeordneten hülsensegmentförmigen Ein- lieh von den äußeren Schaftteilen trennt, wobei auch lagen kommt hinzu, daß die im Bereich der Trag- die Notwendigkeit entfällt, oberhalb der Tragflächenflächenmitten zwischen den Einlagen liegenden voll- mitten besondere Wanddurchbrechungen vorzusehen, wandigen Schaftteile unmittelbar mit dem Kolben- 55 Die Erfindung besteht demgemäß darin, daß bei kopf zusammenhängen und daher dem der beab- einem Kolben der eingangs erwähnten Art die radial sichtigten bimetallischen Krümmung entgegenwirken- innerhalb der in den Schaftwerkstoff eingebetteten den Einfluß der verhältnismäßig starken Wärmeaus- gekrümmten Einlagenteile liegenden Leichtmetalldehnung des Kolbenkopfes unterliegen. schaftteile in aus der deutschen Auslegeschrift Es war deshalb erwünscht, einen Kolben der ein- 60 1 078 387 an sich bekannter Weise einen in sich gangs beschriebenen Art unter Beibehaltung des Vor- geschlossenen ringförmigen Querschnitt aufweisen teils der leichten Herstellbarkeit so auszugestalten, und sich weniger weit in Richtung auf das offene daß sich eine über den ganzen Umfang und über die Schaftende erstrecken als die Einlagen und daß ganze Länge des Kolbenschaftes erstreckende Rege- außerdem im Bereich der senkrecht zur Kolbenlung der Wärmeausdehnung erzielen läßt. Zur Lö- 65 bolzenachse verlaufenden Symmetrieebene des KoI-sung dieser Aufgabe ist im älteren Patent 1 284 761 bens von den äußeren Schaftteilen durch in axialer vorgeschlagen worden, im Bereich der senkrecht zur Richtung verlaufende Ausnehmungen getrennt sind, Kolbenbolzenachse verlaufenden Symmetrieebene des deren in Umfangsrichtung gemessene Breite demWings have no interruptions. At 50 if you look at the inner shaft parts in the area of the does not interrupt the known piston with in the wing centers mentioned at the beginning, but cleared it Type arranged sleeve segment-shaped lent separates from the outer shaft parts, with also In addition, there is no need for those in the area of the wing, above the wing center to provide special wall openings between the inserts, walled shaft parts directly with the piston 55 The invention accordingly consists in that at head connected and therefore that of the beab- a piston of the type mentioned radially counteract the bimetallic curvature shown - within those embedded in the shaft material the influence of the relatively strong heat-bent insert parts lying light metal expansion of the piston head. Shank parts in from the German Auslegeschrift It was therefore desirable to have a piston of the 60 1 078 387 known per se in itself have the type described above while maintaining the pre-closed annular cross-section partly to make it easy to manufacture, and less far in the direction of the open that one extends over the entire circumference and over the shaft end than the inserts and that The entire length of the piston skirt also extends in the area perpendicular to the piston position the thermal expansion can be achieved. The plane of symmetry of the KoI solution running to the bolt axis this task is in the earlier patent 1,284,761 ben from the outer shaft parts through in the axial direction has been proposed, in the area of the recesses running perpendicular to the direction are separated, The plane of symmetry running along the piston pin axis of the width thereof measured in the circumferential direction

gegenseitigen Abstand der einander gegenüberliegenden Enden der gekrümmten Einlagenteile entspricht.mutual distance of the opposing Corresponds to ends of the curved insert parts.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt, und zwar zeigtIn the drawing, an embodiment of the subject invention is shown, namely shows

F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsmäßigen Kolben, entlang der LinieI-I in Fig. 2, währendF i g. 1 shows a longitudinal section through an inventive Piston, taken along line I-I in Fig. 2, while

F i g. 2 einen Querschnitt längs der Linie U-II in F i g. 1 darstellt.F i g. 2 shows a cross section along the line U-II in FIG. 1 represents.

Der Kolben besteht aus einem Kopfteil mit dem Kolbenboden 1 und der Ringzone 2 und aus einem im ganzen mit 3 bezeichneten Schaft sowie zwei Bolzennaben 4, die über Stützrippen 5 mit dem Kolbenkopf zusammenhängen. In den Kolbenschaft sind im wesentlichen ringsegmentförmig gestaltete Einlagen 6 aus Stahlblech eingegossen, die sich von den Bolzennaben 4 beiderseits in Richtung auf die Tragflächenmitten erstrecken, wobei zwischen ihren Enden ein Raum von der Breite α frei bleibt. In axialer Richtung erstrecken sich die Einlagen 6 von der Unterflanke der dem Kolbenschaft zunächst liegenden Kolbenringnut 7 bis etwas unterhalb der Schaftmitte. Der Kolbenschaft wird dadurch im Bereich der Einlagen 6 in einen äußeren Schaftteil 31 und einen inneren Schaftteil 32 unterteilt. Im Bereich der Tragflächenmitten ist die Unterteilung durch in axialer Richtung verlaufende Ausnehmungen 8 bewirkt, deren Breite dem Abstand α zwischen den Einlagen 6 entspricht. Der äußere Schaftteil 31, der in bekannter Weise zusammen mit den Einlagen 6 ein auf Temperaturänderungen ansprechendes bimetallisches Regelglied bildet, ist damit vom inneren Schaftteil 32 vollständig getrennt und hängt mit dem Kolbenkopf nur noch im Bereich der Bolzennaben 4 und ihrer Abstützungen 5 zusammen. Er ist daher hinsichtlich seines Wärmeausdehnungsverhaltens vom Kolbenkopf ebenso unabhängig wie der Schaft eines quergeschlitzten Kolbens. Trotzdem weist der Kolben nicht den Nachteil der bekannten quergeschlitzten Kolben auf, insbesondere ist der Kolbenkopf durch die mit ihm unmittelbar zusammenhängenden inneren Schaftteile 32 gegen unter Last auftretende Biegekräfte ganz erheblich verstärkt.The piston consists of a head part with the piston head 1 and the ring zone 2 and of a shaft designated as a whole with 3 and two pin bosses 4 which are connected to the piston head via support ribs 5. In the piston skirt, essentially ring segment-shaped inserts 6 made of sheet steel are cast, which extend from the pin bosses 4 on both sides in the direction of the wing centers, a space of width α remaining free between their ends. In the axial direction, the inserts 6 extend from the lower flank of the piston ring groove 7, which lies next to the piston skirt, to a little below the center of the skirt. The piston skirt is thereby divided into an outer skirt part 31 and an inner skirt part 32 in the area of the inserts 6. In the area of the wing centers, the subdivision is effected by recesses 8 running in the axial direction, the width of which corresponds to the distance α between the inserts 6. The outer shaft part 31, which together with the inlays 6 forms a bimetallic control element responsive to temperature changes, is thus completely separated from the inner shaft part 32 and is only connected to the piston head in the area of the pin bosses 4 and their supports 5. In terms of its thermal expansion behavior, it is therefore just as independent of the piston head as the shaft of a piston with a cross-slit. In spite of this, the piston does not have the disadvantage of the known transversely slotted piston; in particular, the piston head is considerably reinforced by the inner shaft parts 32 directly connected to it against bending forces occurring under load.

Claims

Claim:

Light metal piston, in the shaft part of which lies next to the piston head and extends from the pin bosses both sides in the direction of the plane of symmetry running perpendicular to the piston pin axis extending, but not reaching, in the area of the supporting shaft parts according to their contour curved, expansion-regulating inserts made of a material with smaller coefficient of thermal expansion are embedded in such a way that they have the on their outer surface Separate parts of the light metal shaft that are lying on the piston head under shrinkage stress, while light metal parts of the piston skirt connected to the piston head are radial are provided within these inserts and separated from them by a shrinkage gap, characterized in that the embedded radially inward in the shaft material curved inlays (6) lying light metal shaft parts (32) form a closed ring-shaped Have cross-section, extend less far in the direction of the open shaft end than the inserts (6) and in the area of the perpendicular to the piston pin axis The plane of symmetry of the piston from the outer shaft parts (31) by extending in the axial direction Recesses (8) are separated, the width of which, measured in the circumferential direction, corresponds to the mutual Distance (α) of the opposite ends of the insert parts (6) corresponds.

1 sheet of drawings