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Leichtmetallkolben Kolben, insbesondere für Brennkraftmaschinen, bei
welchen der ganze untere Kolbenrand verstärkt ist, sind bekannt. Man kennt auch
weiter bereits Leichtmetallkolben, bei welchen, um den verschiedenen beim Arbeiten
auftretenden Wärmeverhältnissen Rechnung zu tragen, Versteifungsteile aus einem
anderen Material mit geringerem Ausdehnungskoeffizienten als dem des Kolbens vorgesehen
sind.
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Weiterhin ist ein Kolben bekannt, bei dem der die Kolbenringe tragende
Bodenteil mit dem Mantelteil nur über zwei schmale, die Kolbenbolzenlager tragende
Ansätze in Verbindung steht, die sich vom Kolbenboden aus bis etwa zur Mitte des
vor den Kolbenbolzenlagern mit Ausschnitten versehenen Mantelteils erstrecken und
in der Stufe des äußeren Endes dieses Mantelteils durch von den Kolbenbolzenlagern
ausgehende Rippen mit dem Mantelteil verbunden sind. Bringt man bei einem solchen
Kolben zwischen den vom Kolbenboden zu den Kolbenbolzenlagern gehenden Ansätzen
und den Mantelteilen die bekannten Versteifungsteile aus einem anderen Metall an,
so verzieht sich der Kolben an seinem äußeren Rande in ungünstiger Weise. Diese
Formänderung wird nun gemäß der Erfindung beherrscht durch die im Anspruch gekennzeichneten
Rippen. In den beiliegenden Zeichnungen ist eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise
veranschaulicht.
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In den Zeichnungen stellt Abb. i eine Ansicht, teilweise im Schnitt
des Kolbens gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
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Abb. 2 ist ein Schnitt nach Linie 2-2 gemäß Abb. i.
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Abb. 3 ist ein Schnitt nach Linie 3-2 gemäß Abb. q., und Abb. q. ist
eine ähnliche Ansicht wie Abb. i, nur in einer anderen Ausführungsform.
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Abb. 5 ist ein Schnitt durch das Unterteil des Kolbens, wodurch die
Art der Herstellung veranschaulicht wird.
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Abb. 6 ist eine schematische Darstellung der Ausdehnung des Randes.
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Abb. 7 ist eine schematische Darstellung der Wirkung des Randes bei
einer gewissermaßen senkrechten Anordnung der Versteifungen.
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Abb. 8 ist eine ähnliche schematische Darstellung wie in Abb. 7, nur
mit einer anderen Lagerung der Versteifungen.
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Aus den Zeichnungen ist ersichtlich, daß der zweckmäßig aus Leichtmetall,
wie z. B. Aluminiumlegierung, hergestellte Kolben einen Kopf io und einen Rand ii
umfaßt, wobei das
obere Ende des Randes von dem Kopf durch Schlitze
12 über dem größeren Teil des Kolbenumfanges getrennt ist. Halsteile 13 erstrecken
sich abwärts vom Kopf und sind an ihren unteren Enden mit dem Rundteil 1q. des Mantels
verbunden und stellen somit eine aus einem Stück bestehende einheitliche Verbindung
zwischen Kopf und Mantel dar. Im Mittelteil eines jeden Zapfens ist ein Kolbenzapfenlager
15 gebildet.
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Die Kolbenmantelteile 16 und 17 verlaufen nach aufwärts zwischen den
Halsteilen von dem Rundteil 1q. des Mantels aus. Die oberen Kanten dieser Kolbenmantelteile
sind durch Versteifungen 18 aus einem weniger sich dehnenden. '.Metall als dem des
Randes, wie z. B. aus Stahl, verbunden. Das eine Ende einer jeden Versteifung ist
in dem Mantelteil 16 eingebettet, während das entgegengesetzte Ende in dem Mantelteil
17 gelagert und das Mittelstück in dem Halsteil 13 eingebettet ist. Die Versteifungen
dienen zur Regelung des Abstandes und als Stützen für die oberen Kanten der Kolbenmantelteile
und haben einen bestimmenden Einfluß auf die nach außen gehende (diametrische) Ausdehnung
der Berührungsflächen.
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Ein Schlitz 2o erstreckt sich aufwärts von der unteren Kante des Randes
in die Mantelfläche 16.
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In den Ausführungsformen gemäß Abb. i und 2 ist der Rand auch noch
mit einer segmentförmigen Rippe 21 ausgestattet, welche die untere Kante eines jeden
Halsteiles 13 mit dem Kreisteil =4. des Randes verbindet. Diese Rippe ist bei den
Ausführungsformen nach Abb.3 und q. fortgelassen, und das untere Ende eines jeden
Halsteiles ist hier unmittelbar mit der Unterkante des Randes verbunden.
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Um den Boden des Randes zu versteifen, ist nun erfindungsgemäß jede
Seite des Rande unterhalb der Zapfenlager mit einer bogenförmigen Rippe ig, die
von der Randwandung nach innen gerichtet ist, versehen.
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Diese Verstärkungsrippen ig befinden, sich unmittelbar am Rand und
haben somit die größtmögliche Wirkung, und der Kolben kann mit größter Festigkeit
bei geringstem Gewicht gebildet werden. Sie stützen die Seiten des Randes während
der Maschinenbearbeitung und erleichtern somit die Arbeit der Herstellung; sie tragen
ferner dazu bei, die genaue kreisförmige Gestalt des Randes aufrecht zu erhalten
und ein Schwinden des Randes unter den Zapfenlagern zu verhindern, während die Unterbrechung
der Rippen bei 2.4 in. Abb. 2 und 4. bewirkt, daß der Rand nachgiebig genug ist,
um das Schließen des Schlitzes 2o zuzulassen..
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Die schematische Abb. 6 zeigt die Wirkung der verschiedenen Versteifungsmittel
am Grunde des Randes bei der Kolbenausdehnung. Die Linie E stellt den normalen Randdurchmesser
dar.. Wenn der Kolben mit einer starken vorherrschenden Rippe 21 versehen ist und
die Rippen ig fortgelassen sind, wird sich der Rand längs der Linie C (die Zone
der Rippe 21) in dem angegebenen Maße ausdehnen, und da das obere Ende des Randes
durch die Versteifungen 18 zusammengehalten wird, wird das untere Ende des Randes
nach den Punkten F auseinandergezogen. Andererseits wenn die Rippen 21 fortgelassen
sind und dadurch der Rand in dieser Zone verhältnismäßig schwach bleibt und starke
Rippen ig angewendet werden, so wird der Rand sich längs der Linie D (die Zone der
Rippen zg) in dem angegebenen Maße ausdehnen, und das untere Ende des Randes wird
sich bedeutend weniger ausdehnen als im ersteren Falle,- und zwar wird er nur bis
zu den Punkten F' auseinandergehen.
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Abb.7 und 8 zeigen schematisch, wie der Abstand zwischen der Versteifung
und dem oberen Ende des Randes verändert werden kann, um eine verschiedene Randwirkung
unter Temperaturänderungen zu erhalten.
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In Abb. 7 befindet sich die Versteifung am äußeren Ende des Randes.
Bei dieser Bauart zieht sich der Durchmesser B zusammenwährend der Durchmesser A
durch die Versteifungen auseinandergehalten wird, wenn der Kolben an einem sehr
kalten Tage kühl wird. Bei Abb. 8 liegen die Versteifungen niedriger, näher an der
Mitte des Randes. In diesem Falle vergrößert sich der DurchmesserA beim Zusammenziehen
des Durchmessers B und wird größer als der Durchmesser C an der Versteifung. In
diesem Falle schafft das dichte Anpassen beim Durchmesser B einen Ausgleich für
das lose Anpassen beim Durchmesser A und verhindert somit ein Klappern des Kolbens.
Diese Kolben arbeiten genau in der umgekehrten Weise, wenn die Kolben über die normale
Temperatur erhitzt werden. Jeder dieser Versteifungszwischenräume ist für bestimmte
Arbeitsbedingungen passend.
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Dadurch, daß die Rippen nicht zusammenhängend kreisförmig gestaltet,
sondern voneinander getrennt sind, wirken sie nicht störend auf die Herste'dung
des- Kolbens in einer Dauerform mit einem einfachen Drei-Teile-Kern. Abb. 5 zeigt
deutlich, wie diese Rippen nur in den seitlichen Kernteilen 23 liegen. Hach Vollendung
des Formens kann der Mittelkern 22 senkrecht aus dem Kolben herausgehoben werden,
und danach können die Seitenkerne 23 zusammengeschoben werden, um sie so zu entfernen.