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Kolben, insbesondere für Verbrennungskraftmaschinen; welcher ganz
oder bezüglich des 1Vlantels aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht.
Die Erfindung bezieht sich auf Kolben, insbesondere für Verbrennungskraftmaschinen,
welche ganz oder deren Mantel aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt
ist. Der Zweck der Erfindung ist, einen solchen Kolben so auszubilden, daß eine
Bewegung des Kolbens gegen die Zylinderwand, welche mit »klappen« bezeichnet wird
(englisch »slap«) vermieden wird.
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Wenn der Kolben aus demselben Metall wie der Zylinder, in dem er arbeitet,
hergestellt ist, wird dieses' sogenannte Klappen durch ein kleines Spiel zwischen
der Außenwand des Kolbens und der Innenwand des Zylinders vermieden. Wenn der Kolben
aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht, oder wenn dies bezüglich des
Kolbenmantels der Fall ist, so ist es aber unmöglich, einen solchen Spalt zwischen
Kolben und Zylinder zu belassen, der so klein ist, daß er das Klappen vermeidet
wegen des Unterschiedes in dem Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Aluminium oder
der Aluminiumlegierung und .dem Zylinderstahl. Das Klappen kommt von der Bewegung
des Kolbenmantels gegen die Zylinderwand, während die Kolbenscheibe gegen eine solche
Bewegung durch die Kolbenringe gehindert ist. Der Mangel läßt sich aber offensichtlich
dann vermeiden, wenn die Ausdehnung des Kolbenmantels so geregelt werden kann, daß
sie mit der Ausdehnung des Zylinders übereinstimmt. Dies Ergebnis wird durch die
vorliegende Erfindung erreicht.
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Gemäß der Erfindung ist der Kolbenmantel in bekannter Weise längsweise
geschlitzt. Das nötige Mindestmaß von Spiel zwischen Kolbenmantel und Zylinder wird
durch einen oder mehrere vollständige oder ungeteilte Ringe erhalten, von denen
jeder aus einem. Metall besteht, dessen Ausdehnungskoeffizient verschieden ist von
dem des Mantelmetalles und im wesentlichen der gleiche wie der Ausdehnungskoeffizient
des Zylindermantels. Das Aufschlitzen oder Teilen des Aluminiummantels oder Aluminiumlegierungsmantels
erfolgt auf einem beträchtlichen Teil der Mantellänge, und und der Ring oder die
Ringe, welche aus einem Metall mit dem gewünschten Deh-. nungskoeffizienten bestehen,
sind an dem Mantel vorteilhaft an der Innenseite in der Nähe des Außenendes, d.
h. der Kurbelwelle zugekehrtem Ende, angeordnet, so daß die Ringe nicht in Berührung
mit der Zylinderwand stehen. Beispielsweise kann der Kolbenmantel an zwei oder mehr
Stellen mit Längsschlitzen versehen sein und ein einziger voller Ring aus Stahleisen
oder entsprechendem
Metall innerhalb des Mantels nahe dem Augenende
befestigt sein oder auch in dem verstärkten Eisenende des Kolbenmantels eingelassen
oder auch am abgesetzten Rand dieses Mantels aufgesetzt sein.
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Der Ausdehnungskoeffizient des Ringmetalles ist so zu wählen, daß
der Durchmesser des Mantelteiles, welcher in der Nachbarschaft des Ringes liegt,
durch die Ausdehnung des Ringes bestimmt wird, welche mit der Ausdehnung des Zylinders
übereinstimmt, so daß nur derjenige ganz geringe Spalt vorhanden zu sein braucht,
der nötig ist, um das gleitende Passen des Kolbens im Zylinder zu erhalten.
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Die Zeichnung zeigt einige Ausführungsbeispiele.
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Abb = ist ein Längsschnitt durch eine Ausführungsform, Abb. 2 ist
eine Ansicht auf diese Ausführungsform, während Abb. 3 bis 7 Schnitte durch abgeänderte
Ausführungsformen sind.
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Der Kolben besteht aus einer Scheibe A, Mantel B aus einem Stück damit
und Naben C für den Kolbenzapfen. Der Kolben ist ganz aus Aluminium oder einer Aluminium-Legierung
hergestellt, und der Mantel B ist durch Längseinschnitte 1D geschlitzt. Die Zahl
dieser Schlitze ist vorteilhaft vier in gleichem Abstand voneinander über den Umfang
des Mantels verteilt.
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Bei Abb. r und 2 ist ein -einziger Vollring G aus Gußeisen, Stahl,
Bronze oder anderem geeigneten Metall mit dem gewünschten. Ausdehnungskoeffizienten
in das Ende des Mantels B eingesetzt und dort in geeigneter Weise, beispielsweise
durch Niete F befestigt. Je nach den Abmessungen des Kolbens kann die Zahl der Schlitze
verringert oder vermehrt werden, und die Verteilung derselben über den Umfang des
Mantels kann so geschehen, wie es. mit Bezug auf die am meisten beanspruchten Teile
richtig ist. Die Länge der Schlitze D kann verschieden sein, vorteilhafterweise
erstrecken sie sich vom Mantelrand bis zu der Ebene des Kolbenzapfens oder etwas
darüber hinaus. Wie ersichtlich, ist der eingesetzte Ring E bei dieser Ausführungsform
flach und hat im wesentlichen die gleiche Stärke wie der Mantel, in dessen Innerem
er sitzt, so daß die eine Kante des Ringes E und der Rand des Mantels B miteinander
abschneiden.
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Bei der Ausführungsform nach Abb. 3 ist der Ring E an dem einen Ende
verdickt und mit einem nach einwärts gerichteten Rand Ei an diesem verdickten Ende
versehen. Die Anordnung ist so, daß der Rand El mit der Kante des Mantels abschneidet.
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In einigen Fällen ist es zweckmäßig, zur Verhütung einer Verziehung
des Aluminiummantels B zwei Ringe E und E2 anzuwenden, wie aus Abb. q. ersichtlich.
Ein solches Verziehen kann vorkommen, wenn die geschlitzten Teile des Mantels mit
dem Ring E an mehr als einer Stelle starr, beispielsweise durch Niete verbunden
sind. Jeder der beiden Ringe hat in diesem Falle eine geringere Breite als der Einzelring
der Abb. z und 3, und während der Ring E einen einwärts ragenden Rand El hat, der
mit dem Rande des Mantels B abschneidet, ist der Ring E2 mit dem Rand E3 so angeordnet,
daß dieser an der entgegengesetzten Seite wie der Rand El liegt. Die Ringe E und
E2 liegen benachbart aneinander, und jeder Ring ist mit dem Mantel durch Niete F
und F1 verbunden, wobei die Anordnung der Niete gegeneinander versetzt ist. Es ist
anzumerken, daß der Ring E mit dem Teil Bx des Mantels nur durch einen einzigen
Niet F verbunden ist, welcher nahe dem einen Rand dieses Teiles BY liegt. Der Ring
E2 ist mit demselben Teil B" ebenfalls nur durch einen Niet F1 verbunden, welcher
an dem gegenüberliegenden Rande des Teiles Bx sitzt. Mit dem anderen Teil des geschlitzten
Mantels B sind beide Ringe in entsprechender Weise verbunden, so daß bei einer Ausdehnung
des Mantels beide Ringe das Bestreben haben, sich in entgegengesetzter Richtung
zu drehen. In manchen Fällen kann es vorteilhaft sein, den Mantel in eine größere
Anzahl von Teilen zu unterteilen, von denen- jeder mit einem einzelnen Ring an einem
Punkt verbunden ist, so daß die eine Hälfte der Teile des geschlitzten Mantels mit
dem einen Ring verbunden sind, während der Rast mit dem anderen Ring verbunden ist.
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Bei der Ausführungsform nach Abb. fi ist ein einziger Ring E in das
Ende des Mantels B eingesetzt, aber dieser Ring hat eine größere Stärke und geringere
Breite als der Ring E in Abb. r.
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Bei der Ausführungsform nach Abb. 6 ist der Rand des Mantels B bei
BI an der Innenseite verstärkt und bildet so einen Ringwulst. Die Schlitze D sind
durch diesen Ringwulst hindurchgeführt, und in seiner Stirnfläche ist eine Aussparung
vorgesehen, in welche ein Ring E von quadratischem Querschnitt- versenkt eingesetzt
ist.
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Bei der Ausführungsform nach Abb. 7 ist der Rand des Mantels B zu
einem kleineren Durchmesser bei B2 abgesetzt, so daß eiR zurückstehender Sitz Bs
entsteht. Der abgesetzte Teil B2 ist zylindrisch und trägt einen Ring E aus Gußeisen
oder anderem geeigneten Metall. Der Außendurchmesser dieses Ringes ist ein solcher,
daß sein Umfang unter dem Absatz B3 sitzt, so daß entsprechend der Durchmesser des
abgesetzten Teiles B2 mitsamt dem
Ring E kleiner ist als der Außendurchmesser
des Mantels B. Der Ring E kann durch Niete oder in anderer Weise befestigt sein.
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In allen Fällen regelt sich die Ausdehnung des Mantels durch die Ausdehnung
des Ringes E bzw. der Ringe E und E2, und da die Ringe sich in gleichem Maße und
in derselben Weise ausdehnen wie der Zylinder, in dem der Kolben läuft, so wird
der Außendurchmesser des Aluminiummantels annähernd konstant in bezug auf den Zylinderdurchmesser
gehalten. Auf diese Weise erhält man den Vorteil einer Aluminiumlauffläche ohne
den Nachteil, welcher aus der Verschiedenheit des Ausdehnungskoeffizienten des Aluminiums
oder der Legierung gegenüber dem Zylindermantel sich sonst ergibt.
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Die Abmessungen und die Form des Ringes E können von Fall zu Fall
von den dargestellten Ausführungsbeispielen abweichen, und ebenso kann auch sonst
die Ausführung im einzelnen abgeändert sein. Die Erfindung ist ferner anwendbar
für Kolben des verschiedenen Typs und gleichgültig, ob der Kolben ganz aus Aluminium
oder einer Aluminiumlegierung besteht oder ob nur der Mantel aus diesem Metall besteht
und an einer stählernen oder eisernen oder aus anderem Metall bestehenden Scheibe
befestigt ist.