DE2253961A1 - Kolbenbaugruppe - Google Patents
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Description
TRVi INC., 23 555 Euclid Avenue, Cleveland, Ohio HH 117 / V. St. A.
Unser Zeichen: T 129'4
Kolbenbaugruppe
Die Erfindung betrifft mehrteilige Kolben, bei denen die Kolben
in ihrer richtigen Arbeitslage zueinander durch den Kolbenbolzen und die Zylinderbohrung gehalten werden. Der Mantelabschnitt des
Kolbens ist mit einem Brückenbauteil ausgerüstet, der aus einem Metall besteht, das einen geringeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten
hat als das Metall des Mantelabschnittes.
Es gibt zweiteilige Kolbenausbildungen, bei denen zusammenpassende
Mantel- und Kopf ab schnitte verxiendet werden und diese zweiteiligen
Ausbildungen weisen bestimmte Vorteile gegenüber einteiligen Kolben auf. Jedes Element hat beispielsweise die Freiheit, sich
um den Kolbenbolzen so weit herumzudrehen wie es der Spielraum zwischen der Zylinderbohrung und den Außenumfängen eines jeden
der Elemente erlaubt. Hierdurch wird ganz erheblich die Eehlfluchtung des Rindabschnittes des Kolbenkopfes ausgeschaltet, die bei
üblichen einteiligen Kolben auftreten kann, wenn Seitenschublasten durch die Winkellage der Pleuelstange übertragen werden. Bei zweiteiligen
Kolben können die Kolbenringe eine wirksamere Dichtung aufrechterhalten und dadurch das Durchblasen und den Ölverbrauch
vermindern. Das Spiel zwischen dem Mantelabschnitt des zv/eiteiligen
Kolbens und der Zylinderbohrung kann geringer sein als es bei üblichen einteiligen Kolben der Fall ist, da Wärme nicht direkt
Gei.
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vom Kolbenscheitel auf den Mantel übertragen wird, wodurch eine
thermische Ausdehnung des Kolbenmantels bewirkt wird.
Die Schwierigkeit bei den bisher bekannten zweiteiligen Kolben lag jedoch in der fehlenden Festigkeit, die erforderlich ist,
damit der Kolben den thermischen und mechanischen Belastungen widerstehen kann, die bei Hochleistungsbrennkraftmaschinen auftreten.
Weiterhin weisen die bekannten Kolben normalerweise keine ausreichenden Einrichtungen zum Kühlen des Scheitels im Ringabschnitt
des Kopfes auf. Es ist ein Ziel der Erfindung, einen verbesserten zweiteiligen Kolben zu schaffen, bei dem die Schwierigkeiten
der bisher bekannten Kolben ausgeschaltet sind.
Die Erfindung betrifft eine Kolbenbaugruppe, die aus einem Mantelabschnitt
besteht, der gegenüberliegende Gleitflächen hat und einen getrennten Kopfabschnitt, der einen Scheitel hat und einen Ringabschnitt
und Nuten zur Aufnahme von Kolbenringen, wobei der Mantelabschnitt und der Kopfabschnitt ineinander eingesetzt sind, um
eine Kolbenbolzenbohrung zu bilden, die sich sowohl durch den Mantelabschnitt als auch durch den Kopfabschnitt hindurch erstreckt.
Ein Brückenbauteil ist vorgesehen, dessen Enden in den gegenüberliegenden
Gleitflächen verankert sind, und dieser Brückenbauteil weist.einen mittleren Abschnitt auf, der der Unterseite des Scheitels
gegenüberliegt. Dieser Brückenbauteil.hat einen thermischen
Ausdehnungskoeffizienten, der kleiner ist als der des Mantelabschnittes. Die Randkanten des Mittelabschnittes des Brückenbauteiles
sind im Abstand von der Innenseite des Scheitelabschnittes angeordnet und eine oder mehrere öffnungen sind im Brückenbauteil
vorgesehen, damit öl in Kontakt mit der Unterseite des Scheitelabschnittes
während des Betriebes des Kolbens gelangen kann. Das öl kann um den Brückenbauteil herum bei einer weiteren Bewegung
des Kolbens strömen.
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Die Erfindung soll in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme
auf die Figuren der Zeichnung erläutert werden. Es zeigen
Fig. 1 eine Vertikalschnittansicht eines erfindungsgemäßen Kolbens,
wobei der Schnitt so gelegt ist, daß man durch die Kolbenbolzenbohrung blicken kann
und
Fig. 2 eine Schnittansicht längs einer Ebene, die gegenüber der
Schnittebene von Fig. 1 um 90 gedreht ist.
Der erfindungsgemäße Kolben weist zwei Hauptabschnitte auf und
zwar einen Kopfabschnitt 10 und einen Mantelabschnitt 11. Der Kopfabschnitt.10 und der Mantelabschnitt 11 bestehen aus einem
leichten, wärmeleitenden Metall, wie beispielsweise aus einer
Aluminiumlegierung. Der Kopfabschnitt 10 weist einen ausgesparten Scheitelabschnitt 12 auf, in dem ein konischer Teil 13 und zviar
in der Mitte angeordnet ist, wie es in Kolben von schweren Brennkraftmaschinen
üblich ist. Der Kopf 10 weist einen Ringabschnitt
1*1 auf, in dem in üblicher Weise Aufnahmenuten 15 und 16 für
Kolbenringe vorgesehen sind. Der oberste Kolbenring kann in einer Nut.17 angeordnet werden, in der ein NutVerstärkungsring 18 angeordnet
ist, der aus Gußeisen ο. dgl, besteht. In der US-Patentschrift
3 ^30 969 ist ausgeführt, daß ein derartiger Verstärkungsring in einer Umfangsnut I9 mit'festem mechanischem Sitz angeordnet
werden kann, wobei die Verbindung zwischen dem Verstärkungsring 18 und der Nut 19 im wesentlichen frei von einer metallurgischen
Bindung ist. Der Verstärkungsring 18 kann nicht planare
gegenüberliegende Oberflächen aufweisen, die erhabene Abschnitte haben und es kann ein Verhältnis'von Fläche zu Gewicht vorliegen
von wenigstens 60 Quadratzoll Ringfläche in Kontakt mit dem Kolben
pro englischem Pfund Kolbengewicht.'Hierdurch wird der Temperaturunterschied
zwischen dem Verstärkungsring 18 und dem Kolben selbst im Betrieb herabgesetzt.
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Der Scheitelabschnitt des Kolbenkopfes weist eine nach oben
gewölbte Unterseite 20 auf. Der Kolbenkopf weist ferner einen nach unten sich erstreckenden Abschnitt 21 auf, durch den hindurch
ein Teil der Kolbenbolzenbohrung 23 ausgebildet ist.
Der Mantelabschnitt 11 weist einen Mantel 23 auf und eine Kolbenbolzenbohrung
21I, die koaxial zur Kolbenbolzenbohrung 22 des
Kopfabschnittes verläuft, wenn der Kopf und der Mantelabschnitt ineinander eingesetzt sind, wie es in den Pig. I und 2 gezeigt
ist. rtuten 25 und 26 sind in der Kolbenbolzenbohrung; 2k vorgesehen,
welche die nicht dargestellten Verwicklungsringe für den Kolbenbolzen aufnehmen.
Eine Umfangsnut 27 ist zwischen dem Kopfabschnitt 10 und dorn Kantelabschnitt
11 vorgesehen und ferner ist zwischen diesen Teilen ein Zwischenraum 29 vorgesehen und diese nehmen eine Relativbewegung
zwischen den beiden Teilen auf. Ein Kanal 30 ist vorgesehen, der zum Austritt von öl dient, das von der Zylinderwandung
durch die Kolbenringe abgestreift wird. Das öl gelangt in die ölwanne der Brennkraftmaschine und zwar durch den Zwischenraum
hindurch, der zwischen den beiden Teilen des Kolbens vorgesehen ist.
Gemäß der Erfindung ist ein Brückenteil 31. vorgesehen und dieser Brückenteil weist einen nach oben gewölbten mittleren Abschnitt
32 auf und zwei nach oben sich erstreckende Planschabschnitte und 3^>
die in Fig. 2 zu erkennen sind. Der Brückenteil 31 besteht
aus Stahl oder einem anderen Material, welches einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat, der geringer ist als der
der Aluminiumlegierung, aus dem der Kopf und der Mantel bestehen. Die Enden des Brückenteiles 31 sind mit Fingern 35 versehen, um
die Verankerung der Enden des Brückenteiles 31 im Metall des Mantelabschnittes
11 zu erleichtern. Diese Verankerung erfolgt in der Nähe der Gleitflächen 36 und 37. Die Finger 35 werden dadurch gehalten,
daß der Mantel um diese Finger herum gegossen. Der Brücken-
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bauteil 31 weist eine oder mehrere öffnungen 38 auf, so daß
bei jedem Abwärtshub des Kolbens öl in eine Kühlkammer 39 eintreten kann, die zwischen der Oberseite des Brückenbauteiles
und der Unterseite 20 des Scheitelabschnittes des Kolbenkopfes vorgesehen ist. Bei jedem Abwärtshub des Kolbens tritt Öl in die
Kammer 39 ein und wird gegen die untere Seite des Kolbenkopfes geschleudert. Bei jedem Aufwärtshub des Kolbens tritt das Öl,
welches Wärme vom Kolbenscheitei aufgenommen hat, durch die Zwischenräume
40 aus, die zwischen den nach oben umgebogenen mittleren
Flanschabschnitten 33 und 32J und den gegenüberliegenden Seitenwandungen
des Kolbenkopfes vorhanden sind. ' ."" ';
Der Brückenbauteil.31 * der einen geringeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten
als der Aluminiumkolben aufweist, begrenzt die Größe der thermischen Ausdehnung des Kolbenmantels aus Aluminium.
Der verminderte Mantelspielraum, der auf diese Weise ermöglicht wird, vermindert das Geräusch, das erzeugt wird, wenn
die Oberseite des Mantels alternierende Seiten der Zylinderbohrung berührt, wenn die Seitenschublasten ihre Richtung umkehren. Der
verminderte Mantelspielraum verringert auch die Gravitationserosionen,
die am äußeren Umfang von nassen Zylinderauskleidungen auftreten, wie sie in schweren Brennkraftmaschinen verwendet werden.
' ·'" ■
Der Brückenbauteil 31 vergrößert die Festigkeit an der Oberseite
des Mantels und ermöglicht die Aufnahme der Seitenschublasten, wie sie in Brennkraftmaschinen auftreten, ohne daß ein Ausfall
stattfindet oder daß eine übermäßige Verbiegung oder Auslenkung erfolgt.
Beim erfindungsgemäßen Kolben werden der Kopfabschnitt und der Mantelabschnitt in ihrer richtigen Arbeitslage in Bezug aufeinander
durch den Kolbenbolzen und die Zylinderbohrung gehalten. Jedes Element ist jedoch frei, sich um den Kolbenbolzen in dem
Ausmaß zu drehen, der durch den Spielraum zwischen der Zylinder- · bohrung und den äußeren Umfangen eines jeden der Elemente vor-
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handen ist. Dadurch wird ganz erheblich die axiale Fehlfluchtung
des Ringabschnittes des Kolbenkopfes vermindert, die bei üblichen einteiligen Kolben auftritt, und es wird ermöglicht, daß die Kolbenringe
eine wirksamere Dichtung aufrechterhalten und hierdurch . werden das Durchblasen und der Ölverbrauch vermindert. Das Vorhandensein
des Brückenbauteiles ergibt ferner die Festigkeit, die erforderlich ist, um den Seitenschublasten zu widerstehen und
ferner kann durch diesen Brückenbauteil an der Oberseite des Mantels die thermische Ausdehnung beherrscht werden, wobei eine zusätzliche
Festigkeit erzielt wird.
Es können Abänderungen vorgenommen werden, die im Rahmen der Erfindung
liegen.
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Claims (9)
- - 7 Patentansprüche1/ Kolbenbaugruppe, gekennzeichnet durch einen Mantelabschnitt, der gegenüberliegende Gleitflächen aufweist, einen Kopfabschnitt, der einen Scheitel hat und Nuten zur Aufnahme von Kolbenringen, wobei der Mantelabschnitt und der Kopfabschnitt in eine ausgefluchtete Lage gebracht sind, um eine Kolbenbolzenbohrung zu bilden, die sich durch diese Teile hindurcherstreckt und wobei ein Brückenbauteil vorgesehen ist, dessen Enden in den gegenüberliegenden Schub- oder Gleitflächen gelagert sind, wobei dieser Brüekenbauteil einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der geringer ist als der des Mantelabschnittes.
- 2. Kolbenbaugruppe.nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantelabschnitt aus einer Aluminiumlegierung besteht und daß der Brückenbauteil aus Stahl besteht.
- 3. Kolbenbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brückenbauteil eine Öffnung aufweist, die es ermöglicht, daß öl gegen die Unterseite des Scheitelabschnittes des Kolbenkopfes strömen kann.
- 4. Kolbenbaugruppe nach Anspruch 39 dadurch gekennzeichnet, daß der Brückenbauteil einen mittleren Abschnitt aufweist, der nach oben sich erstreckende Flansche hat, wobei die kanten des Brückenbauteiles vom Kopf im Abstand angeordnet sind, damit Öl vom Scheitelabschnitt um den Brückenbauteil herum strömen kann.
- 5. Kolbenbaugruppe nach Anspruch 1, .dadurch gekennzeichnet, daß die Enden des Brückenbauteiles Pingerabschnitte aufweisen, die im Metall der Gleitflächen eingebettet sind.
- 6. Kolbenbaugruppe, gekennzeichnet durch einen Mantelabschnitt, der zwei gegenüberliegende Gleit flächen hat, einen getrennten Kopfabschnitt, der einen Scheitel hat und der Nuten zur Aufnahme von309837/075?Kolbenringen hat, wobei der Mantelabschnitt und der Kopfabschnitt ineinander eingesetzt sind, um eine Kolbenbolzenbohrung zu bilden, die sich sowohl durch den Mantelabschnitt als auch durch den Kopfabschnitt hindurch erstreckt und wobei ein Brückenbauteil vorgesehen ist, dessen Enden in den gegenüberliegenden Gleitflächen verankert sind und wobei dieser Brückenbauteil einen Mittelabschnitt aufweist, der der Unterseite des Scheitelabsehnittes gegenüberliegt und wobei dieser Brückenbauteil einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der geringer ist als der des Mantelabschnittes.
- 7. Kolbenbaugruppe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Brückenbauteil eine Öffnung aufweist, durch die öl zu der Unterseite hin geleitet wird.
- 8. Kolbcnbaugruppe nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, daß die Randkanten des Brückenbauteiles im Abstand von den Innenwandungen des Scheitelabschnittes des Kopfes angeordnet sind, damit öl von der Unterseite um den Brückenbauteil herum strömen kann.
- 9. Kolbenbaugruppe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet» daß der Mantelabschnitt und der Kopfabschnitt aus einer Aluminiumlegierung bestehen und daß der Brückenbauteil aus Stahl besteht.309837/0757
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Legal Events
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8239 | Disposal/non-payment of the annual fee | ||
8235 | Patent refused |