DE2154953C3 - Kolben, insbesondere für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolben, insbesondere für Brennkraftmaschinen, mit dessen Schaft ein den Schaft umhüllendes hülsenförmiges Mantelteil verbunden ist.

Bei bekannten derartigen Kolben ist das hülsenförmige Mantelteil unlösbar mit dem Schaft verbunden. Es besteht aus einem Werkstoff mit guten Laufeigenschaften und/oder höherer Verschleißfestigkeit und erfüllt infolgedessen die Aufgabe, einen reibungsarmen Lauf und eine lange Lebensdauer des Kolbens zu gewährleisten.

Diese Aufgabe vermögen aber die bekannten Kolben nur so lange zu erfüllen, als zwischen dem hülsenförmigen Mantelteil und dem zugehörigen Zylinder ein ausreichend großes Laufspiel besteht. Diese Voraussetzung ist nicht mehr gegeben, wenn in der Laufbahn Gleitbereiche mit überhöhten spezifischen Flächenpressungen entstehen, weil sich die Zylinderbohrung und/oder der Kolben aufgrund von hohen und unterschiedlichen Wärmeausdehnungen so verformen, daß das im normalen Betriebszustand vorhandene Spiel verschwindet. Der Kolben reibt dann an der Zyünderwand, wodurch die Temperaturen und die Flächenpressungen weiter erhöht werden. Sie können im Verlauf dieser als Fressen bekannten Erscheinung so groß werden, daß der Kolben — bei Mehrzylindermaschinen — nur noch durch die von den übrigen, noch funktionsfähigen Kolben-Zylinder-Einheiten weiterge- <>5 drehte Kurbelwelle bewegt werden kann, oder der Kolben im Zylinder stecken bleibt. In beiden Fällen kann der Triebwerksverband dabei so großen Belastungen unterworfen sein, daß er schwer beschädigt oder zerstört wird.

Ein derartiger Totalausfall der Brennkraftmaschine ist besonders unerwünscht, wenn diese dem Antrieb eines Schiffes dient. Schiffe sind für umfangreiche Reparaturen, wie sie im Falle der schweren Beschädigung oder der Zerstörung des Triebwerks notwendig wären, im allgemeinen nicht ausgerüstet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kolben der eingangs beschriebenen Art so auszubilden, daß derartige Totalschäden vermieden werden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Verbindung zwischen dem Schaft und dem Mantelteil derart ausgebildet ist, daß sie sich bei einer axialen Kraft löst, welche größer ist als die im normalen Betriebszustand auf das Mantelteil wirkende Reibungs- und Massenkräfte, aber kleiner als die beim Festfressen des Mantelteils im Zylinder auf dieses wirkenden Klemmkräfte.

Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß bei erhöhten spezifischen Flächenpressungen, wie sie vor dem Festfressen des Kolbens auftreten, das ManteJteil im Zylinder stecken bleibt, sich die Verbindung zwischen Schaft und Mantelteil während des Verdichtungshubes oder des Auspuffhubes löst, und der aus Schaft und Kopf bestehende Restkolben weiter in Richtung des Zylinderkopfes bewegt werden kann. Der Restkolben kann nun noch einige Hübe tätigen und setzt dadurch der Weiterbewegung durch die von den noch funktionsfähigen Kolben-Zylinder-Einheiten weitergedrehte Kurbelwelle keinen übermäßigen Widerstand entgegen. Es bleibt damit ein gewisser Zeitraum zur Verfügung, in dem die Maschine abgestellt werden kann oder in dem automatische Abstelleinrichtungen ansprechen können. Das bei den mit üblichen Kolben ausgerüsteten Brennkraftmaschinen vorkommende Festfressen des ganzen Kolbens und die dabei auftretenden gewaltsamen Reibungen zwischen Mantel und Zylinder, die so groß werden können, daß der Triebwerksverband in Mitleidenschaft gezogen wird, werden also durch den erfindungsgemäßen Kolben mit Sicherheit verhindert.

Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei sei zu den Ansprüchen 3 bis 5 bemerkt, daß die dort angegebenen Befestigungsmethoden an sich zwar größtenteils nicht mehr neu sind; ihre Abwandlung zur Erfüllung der erfindungsgemäßen Aufgabe (Schaffung einer Sollbruchstelle) aber im Rahmen der Gesamterfindung sich als besonders zweckmäßig und geeignet erweist. Diese Anwendung ließ sich insbesondere nicht ohne weiteres dem aus den Schriften FR-PS 7 19 278, FR-PS 7 37 093, FR-PS 13 60 585, GB-PS 190 962, GB-PS 191920 bekannten Stand der Technik ableiten.

Einige Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Teil-Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kolben nach einer ersten Ausführung,

F i g. 2 einen Teil-Längsschnitt durch eine zweite Ausführung,

Fig.3 einen Teil-Längsschnitt durch eine dritte Ausführung,

Fig.4 einen Teil-Längsschnitt durch eine vierte Ausführung.

Der Kolben besteht aus einem Kopf 1, einem Schaft 2 und einem mit diesem verbundenen hülsenförmigen Mantelteil 3.

Gemäß der in Fie. I veranschaulichten ersten

Ausführung der Erfindung ist die Verbindung zwischen dem Schaft 2 und dem Mantelteil 3 durch eine zwischen diesem und dem Schaft 2 befindlichen Zwischenschicht 4 aus einem weichlotartigen Werkstoff, z. B. aus einer Zinnlegierung bewirkt. Die Zwischenschicht 4 hat bei 5 den im normalen Betriebszustand auftretenden Temperaturen eine genügend große Festigkeit, um die auf das Mantelteil 3 wirkenden Reibungs- und Massenkräfte zu übertragen, bei d-in vor dem Festfressen sich einstellenden erhöhten Temperaturen ist ihre Festigkeit aber so weit abgefallen, daß die Verbindung zwischen Schaft 2 und Mantelteil 3 nicht mehr aufrecht zu erhalten vermag, wenn gleichzeitig durch eine bereits eingetretene Spielverkleinerung übermäßig große Klemmkräfte auftreten.

In der Ausführung der Erfindung gemäß der F i g. 2 ist die Verbindung zwischen dem Schaft 2 und dem Mantelteil 3 durch Scherstifte 5 bewirkt, die beim Auftreten übermäßiger Klemmkräfte brechen. Vorteilhafterweise ist hier die innere Mantelfläche des Mantelteifs 3 und/oder die äußere Mantelfläche des Schaftes 2 zum offenen Schaftende hin konvergierend ausgebildet. Dadurch ist das Wiedereintauchen des aus Schaft 2 und Kopf 1 bestehenden Restkolbens in das im Zylinder festgeklemmte Mantelteil 3 erleichtert.

Gemäß Fig.3 ist die Verbindung zwischen dem Schaft 2 und dem Mantelteil 3 durch einen am offenen Schaftende, mittels Schrauben 6 befestigten Scherflansch 7 bewirkt, gegen dessen radial über den Schaft 2 hinausreichenden Rand 8 sich das hülsenförmige Maritelteil 3 abstützt. Das Mantelteil 3 ist dabei durch vorspringende Schultern 9 und 10 an den Schaftenden zentriert.

Die Ausführung nach F i g. 4 schließlich ist dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen dem Schaft 2 und dem Mantelteil 3 durch einen im Querschnitt halbkreisförmigen, sickenartigen Einsprung 11 des Mantelteils 3 bewirkt ist, der in eine entsprechende Eindrehung 12 des Schaftes 2 federnd einrastet. Das Mantelteil 3 besteht bei dieser Ausführung vorzugsweise aus einem gut federnden Werkstoff, z. B. Stahl.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Kolben, insbesondere für Brennkraftmaschinen, mit dessen Schaft ein den Schaft umhüllendes, hülsenförmiges Mantelteil verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen dem Schaft (2) und dem Mantelteil (3) derart ausgebildet ist, daß sie sich bei einer axialen Kraft löst, weiche größer ist als die im normalen Betriebszustand auf das Mantelteil (3) wirkenden Reibungs- und Massenkräfte, aber kleiner als die beim Festfressen des Mantelteils (3) im Zylinder auf dieses wirkenden Klemmkräfte.

2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- "5 net, daß die Verbindung zwischen dem Schaft (2) und dem Mantelteil (3) ausschließlich durch eine zwischen diesem und dem Schaft {£) befindliche Zwischenschicht (4) aus einem weichlctartigen Werkstoff, z. B. aus einer Zinnlegierung, bewirkt ist.

3. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen dem Schaft (2) und dem Mantelteil (3) durch formschlüssige, Sollbruchstellen aufweisende Mittel, z. B. durch Scherstifte (5) oder durch einen Scherflansch (7), bewirkt ist.

4. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen dem Schaft (2) und dem Mantelteil (3) durch kraftschlüssige Mittel, z. B. durch Federn oder federnde Teile, bewirkt ist.

5. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine an sich bekannte, zum offenen Schaftende hin konvergierende Ausbildung der inneren Mantelfläche des Mantelteils (3) und/oder der äußeren Mantelfläche des Schaftes (2).

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