DE2734519A1

DE2734519A1 - Leichtmetallkolben

Info

Publication number: DE2734519A1
Application number: DE19772734519
Authority: DE
Inventors: Robert Munro; David Baldwin Rogers
Original assignee: Wellworthy Ltd
Current assignee: Wellworthy Ltd
Priority date: 1976-08-06
Filing date: 1977-07-30
Publication date: 1978-02-09
Also published as: JPS5321317A; IT1082876B; GB1527418A; FR2360759A1

Description

Dr. Hugo Wileken

DipL-lng. Thoma· Wilckwt ? 7 ? A R 1 Q

Dipl-Chem. Dr. Wolfgang UuMr

84 Ubwsk. Brau. 8tr.Be 62-*4 _ 28. Juli 1977

Anmelder:

Wellworthy Limited, Lymington, Hampshire S04 .9YE, (England)

Leichtmetallkolben

Die Erfindung betrifft einen Leichtmetallkolben, insbesondere für Brennkraftmaschinen, dessen Schaft mit einem hülsenförmigen Metalleinsatz mit einem niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als demjenigen des Kolbenschaftmaterials versehen ist, um die Wärme-* ausdehnung der Druckflächen bzw« der Gleitflächen des Kolbenschaftes

zu steuern, wenn der Kolben in einer Maschine arbeitet,,

Es ist bekannt, einen solchen hülsenförmigen Einsatz zu benutzen, um die Ausdehnung des Kolbenschaftes über dessen im wesentlichen gesamte Länge zu steuern, jedoch führt dies zu einem Aufbau, der viel schwerer ist als ein einfacher Kolben ohne Ausdehnungssteuerung. Dieses zusätzliche Gewicht ist häufig unannehmbar^ Darüber hinaus, wird es als höchst wünschenswert angesehen, die Ausdehnung des oberen Teils des Kolbenschaftes (oberhalb der Kolbenbolzenachse) zu steuern, wo die größten Temperaturänderungen stattfinden. Es wurde festgestellt, daß ein zufriedenstellender Kompromiß erzielt werden kann mit einer wirksamen Ausdehnung steuerung des oberen Kolbenschaftes ohne große Gewichtserhöhung, und zwar durch die nachstehend beschriebene Anordnung«

Gemäß der Erfindung ist der einleitend angeführte Kolben so ausgebildet, daß sich der hülsenförmige Einsatz von unterhalb der

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untersten in der Kolbenmantelfläche vorgesehenen Kolbenringnut in axialer Richtung teilweise entlang dem Kolbenschaft erstreckt und daß derjenige Teil des Kolbenschaftes/ der sich auf der Innenseite des Einsatzes befindet, oberhalb der Unterkante des Einsatzes endet. Vorzugsweise endet die Oberkante des Einsatzes an der un* teren Flanke der untersten Kolbenringnut.

Vorteilhaft endet die Unterkante des hülsenförmigen Einsatzes oberhalb der durch die Achse der Kolbenbolzenaugen des Kolbens verlaufenden Kolbenquerebene*

Vorteilhaft ist derjenige Teil des Einsatzes, der den Kolbenbolzenaugen benachbart ist, in dem entsprechenden Bereich der Kolben·^ bolzennaben eingebettet, während die Unterkante des Einsatzes so ausgebildet sein kann, daß der Einsatz im Bereich der Kolbenbolzennaben eine reduzierte axiale Breite aufweist.

Der hülsenförmige Einsatz, der vorteilhaft aus Stahl besteht, ist aus zwei Hälften hergestellt, die an Punkten miteinander verbunden sind, in deren Bereich der Einsatz im Bereich der Kolbenbolzennaben eingebettet ist.

Die Erfindung ist nachstehend anhand zweier in der anliegenden Zeichnung dargestellter AusführungsJaeispiele näher erläutert. Es zeigen;

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Pig. 1 einen im rechten Winkel zur Achse der Kolbenbolzenaugen verlaufenden Längsschnitt eines Ausführungsbeispieles nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Querschnitt gemäß der Linie II-II der Fig. 1/

Fig. 3 einen durch die Achse der Kolbenbolzennaben verkaufenden Längsschnitt durch den Kolben/

Fig_t 4 einen Halbschnitt gemäß der Linie IV-IV der Fig * 3,

Fig, 5 einen Halbschnitt im Aufriß eines weiteren Aus-* führungsbeispieles.

Der in den Fig. 1 bis 4 dargestellte, vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung hergestellte Leichtmetallkolben besteht aus einem Kolbenkopf 1 _f einem sich davon nach unten erstreckenden vollstän— digen Kolbenschaft 2, aus Kolbenbolzennaben 3, die mit den Kolbenbolzenaugen 4 versehen sind, und aus einer Anzahl um den Kolbenumfang verlaufenden Kolbenringnuten, die im Bereich des Kolbenkopfes vorgesehen sind« Diese Kolbenringnuten schließen eine ölringnut 5 in dem Bereich ein, in dem der Kolbenkopf in den Kolbenschaft übergeht.

Ein hülsenförmiger Einsatz 6_f der aus Stahlblech, hergestellt ist, ist in dem oberen Teil der Kolbenschaftwandung eingebettet und erstreckt sich von der unteren Flanke der Kolbenringnut 5 über eine kurze Distanz axial entlang dem Kolbenschaft, so daß die Unterkante 6a des Einsatzes 6 oberhalb der Achse 7 der Kolbenbolzenaugen 4 endet. Die Unterkante 8a des Bereiches 8 der Kolbenschaftwandung,

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die sich auf der Innenseite des Einsatzes 6 befindet, endet oberhalb der Unterkante des Einsatzes, wie es in Fig. 1 deutlich zu erkennen ist.

Wie es aus den Fig. 1,2 und 3 zu sehen ist, ist der Teil 9 des Einsatzes 6 im Bereich der Kolbenbolzennaben eingebettet, und zwar in deren oberen Strebenbereich, Aus Fig. 2 ist ebenfalls zu erkennen, daß der hülsenförmige Einsatz 6 aus zwei Teilen besteht, die bei 1o miteinander verbunden sind,ζ-B. durch Punktschweißen, wobei diese Verbindungsstelle im Bereich der Kolbenbolzennaben liegt.

Wie es aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist die Unterkante des satzes 6 so geformt, wie es bei 11 dargestellt ist, so daß der Einsatz im Bereich der Kolbenbolzennaben eine reduzierte axiale Breite aufweist.

In Fig_% 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel nach der Erfindung dargestellt, in der gleiche Teile gleiche Bezugsziffern tragen,. In diesem Ausführungsbeispiel ist eine zusätzliche Umfangsnut 12 im Kolbenschaft vorgesehen, und zwar unterhalb der ölringnut 5_X Die Nut 12 ist lediglich für den Abschluß der Oberkante des Einsatzes 6 vorgesehen, da die durch diesen Einsatz ausgeübte Dehnungssteuerwirkung gelegentlich Dimensionsveränderungen der Nut, an welcher die Oberkante des Einsatzes endet, bewirken kann, und solche Veränderungen können wiederum die Leistung des: in diese Nut eingesetzten Kolbenringes beeinflussen,. Durch die zusätzliche Nut 12,

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die keinen Kolbenring aufnimmt, sind solche Dimensionsveränderungen, welche die Leistung des Kolbenringes beeinflussen, vermieden.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung wurde festgestellt, daß eine gute Steuerung der thermischen Dehnung der Druckflächen bzw« Gleitflächen des Kolbenschaftes erzielt werden kann, wenn der Kolben in einer Brennkraftmaschine arbeitet. Die Wirkung der Ausbildung besteht darin, daß der innere Teil 8 des Gußschaftes unter Ausdehnung in festen Kontakt mit der Innenseite des Einsatzes 6 gelangt, wenn der Kolben bei Vollast und maximaler Temperatur arbeitet, wodurch eine Abstützung für die Druckkräfte gegen den oberen Bereich der Kolbenschaftfläche vorgesehen ist. Wenn der Kolben sich bei Teillastbeanspruchung abkühlt, zieht sich der innere Teil 8 des Schaftes vom Einsatz 6 in bezug auf die Druckachse zurück und auf der un^- teren Flanke der Ringnut 5 oder 12 entsteht eine Trennung, während der hülsenförmige Einsatz entlang der Kolbenbolzenachse im Strebenbereich der Naben 3 eingebettet ist, wobei sich der Strebenbereich zusammenzieht, wenn sich der Kolbenkopf 1 abkühlt. Die äußere KoI*- benschaftflache nimmt an Ovalltät beträchtlich zu, wenn sich die Kolbenbolzennaben vom Durchmesser bzw, der Wandung des Zylinders, in dem der Kolben arbeitet, zurückziehen, während die äußere Kolbenschaftfläche in Richtung der Druckachse durch den Einsatz 6 gestützt wird, wodurch die Zusammenziehung durch den relativ niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Stahls, aus dem der Einsatz geformt ist, begrenzt ist, und zwar in bezug auf den Ausdehnungskoeffizienten der Aluminiumlegierung des Kolbens,

Da an Unterende der Kolbenschaftes 2_f der vollständig aus einer

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Aluminiumlegierung hergestellt ist, kleine Temperaturänderungen vorkommen, entsprechen die dadurch bedingten kleineren Dimensionsänderungen ungefähr den Änderungen am Oberende des Kolbenschaftes, die durch die Dehnung des stählernen, hülsenförmigen Einsatzes 6 eingeschränkt sind. Dadurch verbleibt das Druckflächen-^ bzw. Gleite flächenprofil des Kolbenschaftes angenähert parallel unter Zugrundelegung des Arbeitstemperaturbereiches, wodurch die Änderungen des Laufspiels zwischen dem Kolben und der Zylinderwandung auf ein Minimum herabgesetzt ist.

Es ist offensichtlich, daß der hülsenförmige Einsatz auch andere Formen aufweisen kann, als die speziell dargestellte Form, und ebenfalls kann der Einsatz auch aus einem einzigen Teil bestehen, anstatt aus zwei Teilen, wie es dargestellt ist.

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Claims

WHokM

Wng. Thoma« WHckMi
DW-Chem. Or. Wolfing _L«uf.r 2734519

28. JuIi 1977

Anmelder:

Wellworthy Limited, Lymington, Hampshire S04 9YE, (England)

Patentansprüche

ilJ Leichmetallkolben mit einem hülsenförmigen Metalleinsatz im Kolbenschaft/ wobei der Wärmeausdehnungskoeffizient des Einsatzes geringer ist als derjenige des Kolbenschaftes, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Einsatz C6) von unterhalb der un-*- tersten in der Kolbenmantelfläche vorgesehenen Kolbenringnut (5; 12) in axialer Kolbenrichtung teilweise entlang dem Kolben-schaft (2) erstreckt und daß derjenige Teil des Kolbenschaftes, der sich auf der Innenseite des Einsatzes befindet, oberhalb der Unterkante des Einsatzes endet.

2, Kolben nach Anspruch l_f dadurch, gekennzeichnet, daß die Oberkante des Einsatzes (6) an der unteren Flanke der untersten Nut (5jl2) endet,

3. Kolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch, gekennzeichnet, daß die unterste Kolbenringnut (.5) eine ölringnut ist»

4.. Kolben nach Anspruch 1₍ dadurch gekennzeichnet_r daß eine unterste Nut p 2) lediglich, für den Abschluß der Oberkante des Einsatzes. CC) vorgesehen ist..

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OWQlNAL INSPECTED

5. Kolben nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterkante des hülsenförmigen Einsatzes (6) oberhalb der durch die Achse (7) der Kolbenbolzenaugen (4) des Kolbens verlaufenden Querebene endet.

6. Kolben nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil (.9) des Einsatzes (6) , der den Kolbenbolzenaugen (4) benachbart ist, in dem Bereich der Kolbenbolzennaben (3) eingebettet ist.

7. Kolben nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der hülsenförmige Einsatz (6) aus zwei Teilen besteht, die an Punkten miteinander verbunden sind, in deren Bereich der Einsatz im Bereich der Kolbenbolzennaben (3") eingebettet ist.

8. Kolben nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterkante des Einsatzes 16) eine solche Gestalt (.13) aufweist, daß der Einsatz im Bereich der Kolbenbolzennaben (3) eine reduzierte axiale Breite aufweist,

9. Kolben nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einer Aluminiumlegierung besteht.

lo, Kolben nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (6) aus Stahl besteht..

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