DE3642525A1

DE3642525A1 - Leichtmetall-hubkolben fuer verbrennungsmotoren mit leichtmetall-zylindern

Info

Publication number: DE3642525A1
Application number: DE19863642525
Authority: DE
Inventors: Juergen Ellermann; Herbert Schelling
Original assignee: Mahle GmbH
Current assignee: Mahle GmbH
Priority date: 1986-12-12
Filing date: 1986-12-12
Publication date: 1988-06-23

Description

Die Erfindung betrifft einen Leichtmetall-Hubkolben nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei in Aluminiumzylindern laufenden Kolben soll das Kolbenlaufgeräusch durch eine Verminderung des Spieles zwischen den Tragflächen des Kolbenschaftes und der Zylinderlaufbahn erreicht werden. Insbesondere soll in betriebswarmem Zustand des Kolbens ein in Richtung Überdeckung gehendes Spiel erzielt werden. Eine derartige Überdeckung ist bei Kolben, die aufgrund relativ dünner Wanddicken im Schaftbereich in ge ringem Maße eine elastische Nachgiebigkeit aufweisen, zulässig.

Das vorstehend beschriebene Ziel wird durch eine Aus bildung des Kolbens nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht.

Zweckmäßige Ausgestaltungen eines solchen Kolbens sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.

Das Lösungsprinzip beruht darauf, die wärmebedingte Ausdehnung des Kolbens in Bolzenrichtung durch Ein bringung eines Ankers derart zu behindern, daß die in Bolzenrichtung gehemmte Ausdehnung in Richtung senkrecht zur Bolzenachse wirksam wird. Dadurch er hält der Kolben an seinen Tragflächen in Druck-Gegen druckrichtung im betriebswarmen Zustand ein ge ringeres Laufspiel als in kaltem Zustand.

Um das vorgenannte Ziel zu erreichen, ist es er forderlich, daß das Material des Ankers einen ge ringeren Ausdehnungskoeffizienten aufweist als das Leichtmetall. Aus einem solchen Material besteht z. B. der Kolbenbolzen, wenn er aus Stahl gefertigt ist. In diesem Fall kann der Bolzen ein Teil des Ankers bilden, an das lediglich an den Enden über den Kolbenbolzendurchmesser hinausragende Kopfteile befestigt werden müssen, die spielfrei an den radialen Außenflächen der Naben anliegen. Selbstverständlich müssen dabei die Außenflächen der Naben so weit aus der Lauffläche des Kolbenschaftes zurückgenommen sein, daß die Kopfteile nicht in die Lauffläche des Kolbenschaftes ragen.

Die Befestigung der Kopfteile an den Kolbenbolzen kann in beliebiger Weise erfolgen. Bei Verwendung eines Hohlbolzens besteht eine besonders zweck mäßige Ausführungsform darin, daß die Kopfteile mit einem Schaft versehen sind, der in die Bohrung des Hohlbolzens eingeschrumpft ist.

Der erfindungsgemäße Anker kann bei Verwendung eines Hohl-Kolbenbolzens auch eine Spannschraube sein, die durch den Hohlbolzen hindurch geführt ist. Die Spannschraube kann an einem Ende mit einem festen Kopf versehen sein und an ihrem anderen Ende ein Gewinde zur Aufnahme einer Mutter aufweisen. Der Kopf der Spannschraube sowie die an dem anderen Ende aufzubringende Mutter können direkt an die Nabenaußenfläche angreifen. Es können aber auch Zwischenscheiben verwendet werden, über die der Kopf und die Mutter an die Nabenaußenfläche jeweils angreifen. Die Spannschraube kann so durch den Hohlbolzen hindurchgeführt sein, daß der Kolbenbolzen sich durch die Spannschraube unbehindert in den bei den Nabenbohrungen drehen kann.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich nung dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 einen Kolben im Längsschnitt

Fig. 2 einen Schnitt durch den Kolben nach Linie II-II in Fig. 1

Fig. 3 eine alternative Ausführungsform des Kolbens nach Fig. 1 in der gleichen Darstellungsweise

Fig. 4 einen Schnitt durch den Kolben nach Linie IV-IV in Fig. 3

Den Kolben 1 verbindet ein hohler Kolbenbolzen 2 mit einem an der Kurbelwelle angelenkten Pleuel.

Zur Behinderung der Wärmeausdehnung des aus Aluminium bestehenden Kolbens 1 in Richtung des Kolbenbolzens mit dem Ziel einer verstärkten Ausdehnung in Druck- Gegendruckrichtung DR/GDR sind in die Bohrung 3 des Kolbenbolzens 2 an den Enden jeweils Kopfteile 4 ein geschrumpft. Die Kopfteile bestehen dabei aus einem Schaft 5, der in einer Schrumpfpassung in den Kolben bolzen 2 eingebracht ist und einem über den Kolben bolzendurchmesser hinaus kragenden tellerförmigen Rand 6, der spielfrei an der Außenfläche der jeweils zugehörigen Nabe 7 anliegt.

Kolbenbolzen 2 aus Stahl, d.h. einem Material mit ei nem geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als Leichtmetall. Die Kopfteile 4 können ebenfalls aus Stahl oder auch beliebigen anderen Materialien beste hen. Bei Erwärmung des aus Leichtmetall bestehenden Kolbens ergibt sich daraus eine Zuganker-Wirkung in Bolzenrichtung, die die gewünschte Ausdehnungshemmung in dieser Richtung und Ausdehungsvergrößerung in Richtung Druck-Gegendruckrichtung bewirkt.

Fig. 3 ist der Zuganker eine Spannschraube 8 mit ei nem fest angeformten Kopf 9, an deren zweitem Ende eine Mutter 10 aufsetzbar ist. Über Zwischenscheiben 11 greift die Spannschraube über ihren Kopf 9 und die Mutter 10 an die Außenfläche der Naben 7 an. Damit tritt die gleiche Wirkung in bezug auf eine Ausdeh nungshemmung in Bolzenrichtung ein wie sie vorstehend bei den an den Kolbenbolzen 2 angebrachten Kopfteilen 4 beschrieben ist.

Claims

1. Leichtmetall-Hubkolben für Verbrennungsmotoren mit Leichtmetall-Zylindern, wobei das Leichtme tall insbesondere jeweils Aluminium ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Schaftteil des Kolbens (1) mindestens ein in Richtung des Kolbenbolzens (2) verlaufen der zu beiden Seiten der senkrecht zur Kolbenbol zen (2)-achse in der Kolbenlängsachse aufgespann ten Ebene sich erstreckender Anker (2, 4, 8) aus einem Material mit einem gegenüber Leichtmetall geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten kraft schlüssig in und/oder an dem dortigen Schaftmate rial angreift.

2. Leichtmetall-Hubkolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker gebildet ist aus dem Kolbenbolzen (2), an dessen Enden an oder in die Naben (7) kraftschlüssig greifende Teile (4) befestigt sind.

3. Leichtmetall-Hubkolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Enden des Kolbenbolzens (2) befe stigten Teile (4) aus einem Kopfteil (4) und ei nem Schaft (5) bestehen, von denen der Schaft (5) in den Kolbenbolzen (2), insbesondere wenn dieser ein Hohlbolzen ist, eingeschrumpft ist und bei denen das Kopfteil (4) einen über den Bolzen durchmesser hinausragenden Durchmesser aufweist, wobei der über den Kolbenbolzenumfang hinausra gende Teilbereich bei kaltem Kolben spielfrei bzw. mit definiertem Spiel, das kleiner als die Warmdehnungsdifferenz zwischen Kolben (1) und Kolbenbolzen (2) ist an der radial außen liegen den Oberfläche der zugehörigen Nabe (7) anliegt.

4. Leichtmetall-Hubkolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenbolzen (2) ein Hohlbolzen ist, durch den der außerhalb der Enden des Kolbenbol zens (2) an dem Kolbenmaterial angreifende Anker hindurchgreift.

5. Leichtmetall-Hubkolben nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker eine Spannschraube (8) mit an sei nen Enden aufgezogenen Muttern (10) ist, wobei an einem Ende anstelle einer Mutter (10) ein Kopf (9) angeformt sein kann.