DE2321420A1 - PISTON - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
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- F02F2200/04—Forging of engine parts
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
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- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Description
7 Stdityuit-N, ivionzelotraSe 407 Stdityuit-N, ivionzelotraSe 40
A ^33 610 - skA ^ 33 610 - sk
Howard James Eaterson Den 26, April 1973Howard James Eaterson April 26, 1973
57 Second Avenue57 Second Avenue
Klemzig, State of South AustraliaKlemzig, State of South Australia
Commonwealth of AustraliaCommonwealth of Australia
KolbenPistons
Die Erfindung betrifft einen Kolben der Art, wie sie gewöhnlich in Verbrennungsmotoren verwendet werden.The invention relates to a piston of the type commonly used in internal combustion engines.
Ein allgemein bekanntes Problem im Zusammenhang mit derartigen Kolben besteht darin, daß der derzeit verwendete und als Gußteil hergestellte Kolben im Zylinder eines Motorblocks festfressen kann.A well-known problem with such pistons is that of the one currently in use and cast pistons can seize in the cylinder of an engine block.
Der Grund hierfür liegt in einer erhöhten Wärmeausdehnung des Kolbens gegenüber der des Zylinders, so daß die durch die gegenüberliegenden Seiten des Kolbens ausgeübten Kräfte ausreichen, um das Pressen zwischen den beiden Metallen von Kolben und Zylinder zu bewirken.The reason for this is an increased thermal expansion of the piston opposite that of the cylinder so that those exerted by the opposite sides of the piston Sufficient forces to bring about the pressing between the two metals of the piston and cylinder.
Gewöhnlich werden die stabilisierenden Kolbenmantelteile und der Zylinder mit Spiel montiert, damit die unterschiedliche Wärmedehnung von Kolben und Zylinder durch dieses Spiel aufgefangen werden kann, bevor ein wesentlicher Druck auf die Zylinderwände ausgeübt wird.Usually the stabilizing piston skirt parts and the cylinder are mounted with play so that the different Thermal expansion of the piston and cylinder through this play can be absorbed before a significant amount Pressure is exerted on the cylinder walls.
Jedoch wird das mögliche Spiel dadurch begrenzt, daß der Kolbenmantel als Stabilisator für den Kolben wirktj wenn nun das Spiel zu groß ist, kann sich der Kolben imHowever, the possible play is limited by the fact that the Piston skirt acts as a stabilizer for the piston if Now the play is too big, the piston can become in the
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Zylinder -während der Hin- und Herbewegung "verkanten" und einen starken Kolben" schlag" verursachen, der nicht nur vom Geräusch her, sondern auch unter dem Aspekt der Materialermüdung durch das Aufschlagen unerwünscht ist.Cylinder - during the back and forth movement "tilt" and cause a strong piston "hit" that is not only in terms of noise, but also under the aspect of material fatigue is undesirable due to the impact.
Dieses Problem wird gewöhnlich dadurch gelöst, daß Kolbei und Zylinder mit so viel Spiel montiert werden, daß ein Kolben bei außerordentlich hohen Temperaturen zwar fressen kann, das Entstehen von Kolben"schlagen" aber möglichst eingeschränkt wird. ,This problem is usually solved by Kolbei and cylinders are mounted with so much play that a piston will indeed eat at extremely high temperatures can, but the emergence of pistons "hit" as possible is restricted. ,
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kolben mit nur geringen Neigungen zum Festfressen innerhalb des Zylinders bei außerordentlich hohen Temperaturen zu schaffen und dabei gleichzeitig kein zu großes Spiel zwischen Kolben und Zylinder zu lassen, so daß die Möglichkeit des Auftretens von Kolben-"seläägen" verringert bzw. ganz ausgeschlossen wird.The object of the invention is to provide a piston with only small The tendency to seize within the cylinder is extraordinary to create high temperatures and at the same time not to allow too much clearance between the piston and cylinder so that the possibility of piston "sawing" is reduced or completely excluded.
Eine Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß ein Kolben mit gegenüberliegenden Kolbenbolzenlagern geschaffen wird, zwischen denen am Umfang Kolbenmantelteile liegen, wobei diese Anordnung dadurch gekennzeichnet ist, daß zwischen den Kolbenbolzeniagern und den Kolbenmantelteilen Wärmedehnungsausgleichsglieder liegen.One embodiment of the invention is that a piston with opposing piston pin bearings is created, between which piston skirt parts on the circumference lie, this arrangement being characterized in that between the piston pin bearings and the piston skirt parts Thermal expansion compensators lie.
Vorzugsweise sind die Wärmedehnungsausgleichsglieder wellenförmig mit zumindest einer Windung bzw. Krümmung im Verlauf der Kolbenmantelwand ausgebildet.The thermal expansion compensation members are preferably wave-shaped with at least one turn or curvature in the course the piston skirt wall formed.
Jede dieser Windungen ist vorzugsweise parallel zur Kolbenachse gelegen, so daß ein Nachgeben q;uer zur Kolbenachse erzielt werden kann.Each of these turns is preferably located parallel to the piston axis, so that a yielding q; outside the piston axis can be achieved.
Vorzugsweise sind mehrere solcher Windungen in jeweils paralleler Ausrichtung zur Kolbenachse vorgesehen, wobei Jeweils eine Windung zwischen jeder Seite eines jedenPreferably there are several such turns in each parallel alignment to the piston axis, with one turn between each side of each
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Kolbenbolzenlagers und einer jeden Kolbenmantelwand vorgesehen ist.Piston pin bearing and each piston skirt wall provided is.
Bei herkOTmn1.icb.en Korben würde durch die Wärme ausdehnung eine Dehnungskraft auftreten, wobei das Metall der Vand diesen Druck nur durch die Kompressionskräfte innerhalb des Metalls bestimmt.In the case of herkOTmn1.icb.en baskets, the heat would expand a stretching force occurs, whereby the metal of the vand only exerts this pressure due to the compression forces within of the metal.
. Die Wärmedehnungsausgleichsglieder, insbesondere die eine Windung der Wand, verringern die durch eine gegebene unterschiedliche Wärmedehnung entstehenden Kräfte dadurch, daß durch die Dehnung ein Teil des tragenden Metalls nicht zusammengedrückt, sondern gebogen wird, wodurch eine viel größere Durchbiegung erfolgen kann, ohne daß die Kräfte wesentlich größer werden.. The thermal expansion compensation members, in particular the one turn of the wall, reduce the by one given different thermal expansion forces resulting from the fact that a part of the load-bearing due to the expansion Metal is not compressed, but bent, which allows a much greater deflection without the Forces are much greater.
Auf diese Weise kann die Tragfestigkeit hinter der stabilisierenden Kolbenmantelwand hinreichend ausgelegt werden und dabei gleichzeitig bei Auftreten größerer Kräfte in einer gegebenen Größenordnung eine größere Durchbiegung ermöglichen.In this way, the load-bearing capacity can be behind the stabilizing Piston skirt wall are adequately designed and at the same time when larger forces occur in allow greater deflection of a given order of magnitude.
Daher kann bei unterschiedlicher Wärmeausdehnung der auf die gegenüberliegenden stabilisierenden Kolbenmantelteile ausgeübte Druck niedriger als bei herkömmlichen Kolben gehalten werden, so daß dadurch die Gefahr des Festfressens des Kolbens im Zylinder wesentlich verringert und gleichzeitig ein geringerer Spielraum dazwischen gelassen werden konnte.Therefore, with different thermal expansion of the opposing stabilizing piston skirt parts exerted pressure can be kept lower than with conventional pistons, so that there is a risk of seizure of the piston in the cylinder can be reduced significantly while leaving less clearance between them could.
Es ist ebenfalls möglich, die Kolben in ihrer gewünschten Ausbildung mit paailel zur Kolbenachse verlaufenden Windungen in Schmiedetechnik herzustellen.It is also possible to have the pistons in their desired design with turns running paailel to the piston axis manufacture in forging technology.
Durch das Schmieden des Kolbens, insbesondere unter Anwendung des Konzepts dieser Erfindung, kann vorteilhafterweise ein Material verwendet werden, das eine größere Festigkeit aufweist, als dies bei Standard-GußtechnikenBy forging the piston, especially using it of the concept of this invention can advantageously a material can be used which has a greater strength than is possible with standard casting techniques
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ν4" 232U20ν 4 "232U20
möglich wäre j während früher bei Verwendung von geschmiedeten Kolben außerordentlich große Spielräume vorgesehen werden mußten, ist es Jetzt möglich, die Spielräume eng zu halten, wodurch die Gefahr von KoIbenschlägen verringert wird, wobei gleichzeitig als großer Vorteil hochfestes Material verwendet werden kann.j would be possible while earlier when using forged Piston extraordinarily large clearances had to be provided, it is now possible to keep the clearances narrow, thereby reducing the risk of piston hits, whereby At the same time, the great advantage that high-strength material can be used.
Ein weiterer Vorteil, des Schmiedens gegenüber den Standardkolben besteht darin, daß jeder Kolben Toleranzen im Standardgewicht aufweisen darf, wodurch die Probleme im Zusammenhang mit dem nachfolgenden Ausgleich der Kolbengewichte verringert wurden, der bei Kolben aus Guß erforderlich war. .Another advantage of forging over standard pistons is that each piston is allowed to have tolerances in standard weight, thus making the problems related with the subsequent balancing of the piston weights, which was required for pistons made of cast iron. .
Durch Anwendung der Schmiedetechnik kann auch.das Gewicht des Kolbens wegen der höheren Materialfestigkeit gesenkt werden, wodurch die Leistung eines Motors durch die Verwendung derartiger Kolben erhöht werden kann.By using the forging technique, the weight of the piston due to the higher material strength whereby the performance of an engine can be increased through the use of such pistons.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung.Further details, features and advantages of the invention result from the following description of a Embodiment based on the drawing.
Es zeigen .Show it .
Jfig. 1 eine Unteransicht eines erfindungsgemäßen Kolbens, Pig. 2 eine Seitenansicht desselben Kolbens, und 3 einen Schnitt entlang der Schnittlinie 3-3 in Fig.Jfig. 1 shows a bottom view of a piston according to the invention, Pig. 2 shows a side view of the same piston, and FIG. 3 shows a section along section line 3-3 in FIG.
Aus der Zeichnung ist ersichtlich, daß der Kolben 1 einen Kopf 2, Kolbenbolzenlager 3 und am Umfang zwischen den Lagern 3 verlaufende Kolbenmantelteile 4 aufweist.From the drawing it can be seen that the piston 1 has a head 2, piston pin bearing 3 and on the circumference between the Has bearings 3 extending piston skirt parts 4.
Herkömmlich an dem Kolben sind die Muten 5 für die Abdicht ringe und eine Nut 6 für den ölring bzw. ölabstreifring.Conventionally on the piston are the grooves 5 for the sealing rings and a groove 6 for the oil ring or oil control ring.
Herkömmlich ist auch die gegenüberliegende Anordnung der Kolbenbolzenlager 3 zur Befestigung der Kolbenbolzen und einer Pleuelstange oder dgl.The opposing arrangement of the piston pin bearings 3 for fastening the piston pins and a connecting rod or the like.
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Durch die öffnung/8 gelangt öl zur Uut 6.Oil reaches Uut 6 through opening / 8.
Zwischen dem Kolbenbolzenlager 3 und jedem Kolbenmantelteil 4 sind quer zum Verlauf der Kolbenmantelteile Wärmedehnungsausgleichsglieder 9 in wellenförmiger Ausbildung vorgesehen. Der wellenförmige Teil erstreckt sich parallel zur Achse des Kolbens 1.Between the piston pin bearing 3 and each piston skirt part 4, thermal expansion compensation members 9 are provided in a wave-shaped configuration transversely to the course of the piston skirt parts. The wave-shaped part extends parallel to the axis of the piston 1.
Die Wandstärke des Kolbenmantels ist während seines wellenförmigen Verlaufs 9 und auch an der Verbindung mit dem Kolbenbolzenlager 3 im wesentlichen gleich.The wall thickness of the piston skirt is wavy during its Course 9 and also at the connection with the Piston pin bearing 3 essentially the same.
Zwischen dem Kopf 2 und einem der Kolbenmantelteile 4 ist ein Schlitz 12 vorgesehen, um eine unmittelbare Wärmeübertragung vom Kopf auf den Kolbenmantelteil zu verringern, wobei dieser zur Unterscheidung mit der Bezugszahl 13 bezeichnet ist.Between the head 2 and one of the piston skirt parts 4 is a slot 12 is provided to reduce direct heat transfer from the head to the piston skirt part, where this with the reference number 13 to distinguish it is designated.
Das Kolbenbolzenlager weist eine größere Metallkonzentration neben der öffnung und zwischen der öffnung und dem Kopf auf, wie in Jig. 3 dargestellt und mit 14 bezeichnet istj durch diese iOrm kann der Kolben als Ganzes entweder unter Verwendung eines einzigen Einsatzes gegossen oder geschmiedet werden.The piston pin bearing has a greater metal concentration next to the opening and between the opening and the head on, like in Jig. 3 is shown and denoted by 14j this iOrm allows the piston to be cast or forged as a whole using a single insert will.
Die öllöcher 8 können entweder durch das Schmiedegesenk ausgebildet oder direkt eingegossen werden, und bei der Ausbildung der Nut 6 funken ölring überschneidet diese die Löcher, wodurch die Verbindung hergestellt wird.The oil holes 8 can either be through the forging die be formed or poured directly, and in the formation of the groove 6 spark oil ring overlaps them the holes that make the connection.
Aus der Beschreibung ist ersichtlich, daß die durch das wellenförmige leil 9 gehaltenen Kolbenmantelteile 4 unter der Auswirkung der Wärmedehnung den letztlich durch den begrenzenden Zylinder ausgeübten Druck durch das Biegen des wellenförmigen Metallteils 9 verringern kann, wodurch der ausgeübte Druck geringer gehalten werden kann, als diesFrom the description it can be seen that the piston skirt parts 4 held by the wave-shaped leil 9 below the effect of thermal expansion is the ultimate pressure exerted by the constraining cylinder from the bending of the wave-shaped metal part 9, whereby the applied pressure can be kept lower than this
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bei fa.erko-mm1icfa.ep Kolben unter gegebenen Wä:raedehnungsbedingungen möglich gewesen wäre.for fa.erko-mm1icfa.ep pistons under given thermal expansion conditions would have been possible.
In Betrieb wirken die Kolbenmantelteile 4 stabilisierend auf die Bewegung des Solbens, und der Teil des Kolbenmantels mit der größten Wirkung ist der von den Kolbenbolzenlagern am weitesten entfernt gelegene afeil- Dementsprechend sind verschiedenartige Ausbildungsformen möglich, wodurch verschiedene Mihrungsflächen vorgesehen werden können, jedoch besteht intern Pail das bevorzugte Merkmal darin, daß zwischen der wirksamen Iführungsfläche und den Kolbenbolzenlagern ein wellenförmiger Teil vorgesehen ist, um dadurch Druckunterschiede bei gegebenen Kopfunterschieden gegenüber früheren Ausführungsformen zu mindern.In operation, the piston skirt parts 4 have a stabilizing effect on the movement of the piston, and the part of the piston skirt with the greatest effect is that of the piston pin bearings most distant afeil- accordingly Various forms of construction are possible, whereby different miter surfaces can be provided, however Internally, Pail's preferred feature is that between the effective guide surface and the piston pin bearings a wave-shaped part is provided to thereby pressure differences with given head differences compared to previous ones Reduce embodiments.
Der Vorteil von Schlitz 12 besteht darin, einen Teil der Wärmeübertragung auf den Kolbenmantelteil 13 zu unterbinden, und dies ist insbesondere deshalb wünschenswert, weil dadurch bis zu einem gewissen Grad die Temperatur des Kolbenmantels gesenkt wird. Die dadurch erzielte Senkung der Temperatur entspricht der allgemeinen Praxis.The advantage of slot 12 is to prevent part of the heat transfer to the piston skirt part 13, and this is particularly desirable because it increases, to some extent, the temperature of the piston skirt is lowered. The resulting reduction in temperature corresponds to general practice.
Das dargestellte Ausführungsbeispiel ist ein Kolben aus einem Aluminiumlegierungsguß, und die wellenförmigen Teile sind einstückig gegossene Teile der Kolbenmantelwand, die zusammen mit den restlichen Teilen des Kolbens ebenfalls aus einem Stück gegossen ist.The illustrated embodiment is a piston from an aluminum alloy casting, and the wave-shaped parts are integrally cast parts of the piston skirt wall, the is also cast in one piece together with the remaining parts of the piston.
Der Begriff »'Windung" oder "wellenförmiger Teil" bezeichnet eine Wand mit einem im wesenUichen konsistenten Querschnitt, die gefaltet oder zieharmonikaförmig verläuft, so daß Kompression oder Dehnung über die Windung eine Biegung des Wandmaterials bewirkt, wodurch eine Durchbiegung erzielt wird.The term "winding" or "undulating part" denotes a wall with an essentially consistent cross-section that is folded or shaped like an accordion so that Compression or stretching over the winding causes the wall material to bend, which results in a deflection will.
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