DE527269C - Zylinderkolben mit aus verschiedenen Metallen bestehendem Kopf und Mantel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolben für Kraftmaschinen, bei dem an einem Kopf aus Metall von hoher Wärmeleitfähigkeit ein Mantel aus hartem, nur geringer Abnutzung unterworfenem Metall befestigt ist. Solche Kolben sind bereits bekannt, sie haben aber den Mangel, daß sich die Verbindung zwischen Kopf und Mantel infolge der verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten der beiden verwendeten Metalle leicht lockert bzw. sich beide Kolbenteile gegeneinander verziehen, insbesondere sich aber der Mantel so wirft, daß die richtige Führung desselben in den Zylinderwandungen aufgehoben ist.

Man hat zwar versucht, diesen Übelstand zu beseitigen, indem der Mantel um seine Oberseite herum längs eines Flansches und um den Kolbenzapfen herum am Kopf befestigt wurde; doch auch diese Ausführung hat ebenso wie ähnliche Bauarten, insbesondere bei Verwendung von Metallen mit stark voneinander abweichenden Ausdehnungskoeffizienten, wie z. B. von einer Aluminiumlegierung für den Kopf und von Stahl für den Mantel, zur Folge, daß die Ausdehnung des Kopfes ein bedeutendes Werfen des Stahlmantels und somit eine Sperrung des Kolbens im Zylinder bzw. eine Beschädigung der Zylinderwände oder gar einen Bruch des Kolbens bewirkt.
Durch die Erfindung ist ein Kolben mit einem Kopf aus Metall von hoher Wärmeleitfähigkeit und mit einem Mantel aus gegen Abnutzung widerstandsfähigem Metall geschaffen, bei dem die verschieden starke Ausdehnung beider Teile weder eine Lockerung oder gar Zerstörung des Verbandes noch eine Änderung oder Ver-Schiebung der Gleitflächen des Mantels in bezug auf die Zylinderinnenwand herbeizuführen vermag.

Es ist dies erfindungsgemäß durch eine neue Bauart des Kolbens erreicht, nach der die in bezug auf den Mantel größere Ausdehnung des Kopfes von Teilen des Mantels aufgenommen wird, die dieser Ausdehnung zu folgen vermögen, ohne diese Bewegung auf die gegen die Zylinderwandung anliegenden Gleitflächen des Kolbenmantels zu übertragen.

Eine den Ausdehnungskoeffizienten des Kopfes mit demjenigen des Mantels in dieser Weise ausgleichende Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß der Mantel lediglich an in an sich bekannter Weise die Augen für den Kolbenbolzen enthaltenden und sich über die ganze Mantellänge erstreckenden Fortsätzen des Kolbenkopfes befestigt und an seinen senkrecht zur Kolbenzapfenachse" liegenden Gleitbahndruckflächen steifer ist als am übrigen Umfang, so daß er an diesem Umfangsteil den in Längsrichtung des Kolbenbolzens auftretenden Bewegungen der Kolbenkopffortsätze infolge vorhandenen Spiels folgen kann.

Auf der beiliegenden Zeichnung ist diese und sind weitere Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht; Abb. 1 zeigt die Seitenansicht eines Kolbens nach der Erfindung zur Hälfte im Schnitt; Abb. 2 ist ein Grundriß des Kolbens, teilweise im Schnitt nach Linie H-II der Abb. 1, und zeigt bei 13 die Zylinderbohrung; Abb. 3 veranschaulicht eine Seitenansicht sowie einen

Teilschnitt eines bei der Ausführungsform nach Abb. ι und 2 benutzten Mantels in Richtung auf eine zwischen den Gleitfiächen liegende drucklose Fläche des "Mantels gesehen; Abb. 4 ist die Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform des Mantels; Abb. 5 ist ein waagerechter Schnitt durch Abb. 4 und zeigt bei 13 die Zylinderbohrung; Abb. 6 veranschaulicht eine dritte Ausführungsform eines Kolbens in Seitenansicht und zur Hälfte im Schnitt, und Abb. 7 ist ein Schnitt nach Linie VII-VII der Abb. 6.

Bei der Ausführungsform nach Abb. 1 bis 3

ist der Kolbenkopf 2 an jeder Seite mit einem nach unten gerichteten Fortsatz 3 versehen.

Diese Fortsätze sind nahe ihrer Befestigung am Kopf am kräftigsten und außerdem mit letzterem durch eine oder mehrere Rippen 4 verbunden. Jeder Fortsatz 3 enthält ein Auge 5 für die Aufnahme des Kolbenzapfens 6. Der' Kopf 2 und seine Fortsätze 3 sind ein Gußstück, das aus einem Metall hoher Wärmeleitfähigkeit, z. B. aus einer Aluminiumlegierung, hergestellt ist, jedoch auch aus Gußeisen bestehen kann, und mit Nuten zur Aufnahme der Kolbenringe 8 versehen ist.

Der Mantel 9 besteht aus einem gegen Abnutzung widerstandsfähigen Metall, z. B. Stahl, und ist vorzugsweise sehr dünn mittels eines Preß- oder ähnlichen Verfahrens hergestellt. In seiner Form weicht er von der im Querschnitt kreisförmigen dem Querschnitt des Zylinders entsprechenden gewöhnlichen Form der Kolbenmäntel insofern ab, als er an den Stellen, die beim Zusammenbau des Kolbens über den Fort-SS sätzen 3 des Kopfes 2 zu liegen kommen, nicht dem Querschnitt des Zylinders entsprechend kreisförmig, sondern mit einem etwas größeren Halbmesser gebogen ausgeführt ist, so daß an diesen Stellen zwischen dem Mantel 9 und dem Zylinder 13 ein freier Raum verbleibt, der dem Mantel 9 genügend Spiel gewährt, um der Bewegung der Fortsätze 3 bei der Ausdehnung des Kopfes 2 folgen zu können, ohne infolge Berührung des Mantels 9 mit der Zylinderwand 13 von dieser daran gehindert zu werden. Zwischen diesen sogenannten »druckfreien« Stellen 12 des Mantels 9 liegen die Gleitflächen des Mantels 9, die natürlich in ihrer Form dem Querschnitt des Zylinders 13 genau angepaßt sind und ihre Lage zum Zylinder 13 infolge ihrer Anordnung und mit Hilfe der ausbiegungsfähigen »druckfreien« Stellen 12 auch dann nicht im geringsten ändern, wenn durch Ausdehnung des Kopfes 2 eine Ausbiegung der »druckfreien« Stellen 12 erfolgt. An den zwischen diesen liegenden beiden Gleitflächen ist der Mantel 9 mit einer oder mehreren Riefen oder Nuten 10 versehen, die dazu dienen, jene Flächen zu versteifen und auch Schmiermittel festzuhalten. Die oberen und unteren Kanten der Gleit- oder Druckflächen können abgerundet oder, wie bei 11 ersichtlich, mit einem Flansch versehen sein. Die Nuten 10 und Flansche 11 bewirken, daß der Mantel an den Druckflächen stark versteift wird, während er an den druckfreien Flächen 12 verhältnismäßig biegsam ist.

Diese sind dort, wo sie sich mit den Kolbenkopffortsätzen berühren, mit inneren Vorsprüngen 14 versehen. Bei der in Abb. 1 bis 3 veranschaulichten Ausführungsform haben diese Vorsprünge im wesentlichen U-Form, so daß an jeder druckfreien Fläche ein in Längsrichtung des Mantels verlaufender Kanal 14, 15, 14 entsteht. Der Boden 15 dieses Kanals weist ein oder mehrere Öffnungen 16 unterhalb des Kolbenzapfenloches 21 auf und kann außerdem auch noch mit Aussparungen 17 und 18 versehen sein. Die Kanten dieser Aussparungen 17 und 18 und Löcher 16 werden vorteilhaft rauh gelassen oder erhalten Zungen 19, die etwas abgebogen sind, wie Abb. 1 zeigt. Oberhalb des Loches 21 im Mantel befindet sich eine weitere Aussparung 20, deren Kante glattgeschnitten sein kann.

Der so aufgebaute Mantel wird in eine Form gestellt, und auf ihn wird der Kopf 2 mit seinen nach unten gerichteten Fortsätzen 3 gegossen. Hierbei dringt das flüssige Metall durch dieAussparungen 17, 18, 20 und Öffnungen 16 zum Kanal durch und füllt diesen vollständig aus, g₀ wodurch eine sichere Verbindung des Mantels 9 mit den nach unten gerichteten Fortsätzen 3 des Kolbenkopfes erfolgt.

Bei der Ausführung des Mantels 9 nach Abb. 4 und 5 sind die druckfreien Flächen 12 ebenfalls frei außer Berührung mit den Zylinderwandungen 13 ausgeführt und sowohl oberhalb als auch unterhalb des Loches 21 für den Kolbenzapfen 6 mit Schlitzen 22 versehen, wobei das bei der Bildung dieser Schlitze 22 verdrängte Metall nach innen gebogen ist, so daß gekrümmte Zungen 23 entstehen. Wird der Kopf 2 auf den Mantel 9 gegossen, so dringt das Metall durch die Öffnungen 22 hindurch, und die abgebogenen Zungen 23 bilden im wesentlichen mechanische Verriegelungsvorrichtungen, welche sowohl die nötige seitliche als auch die nötige Längssteifigkeit gewähren.

Bei der in Abb. 6 veranschaulichten Ausführungsform ist jeder Fortsatz 3 von unten her mit einem Längsschlitz 24 versehen, und jede druckfreie Fläche 12 des Mantels 9 besitzt eine innere Rippe 25, die in den Schlitz 24 eingreift und in diesem durch Gießen oder durch Niete 26 befestigt ist. Solcher Niete werden Vorzugsweise zwei angewendet, und zwar einer oberhalb und einer unterhalb der Kolbenzapfenaugen. Der Mantel 9 kann aus einem Stück bestehen, oder, wie in Abb. 7 gezeigt, diametral geteilt sein. In letzterem Falle ist jede Hälfte mit zwei nach innen gerichteten Flanschen 25 versehen.

Bei dieser Ausführungsform sind ebenfalls die nach innen gerichteten Rippen oder Flansche 25 vollständig in die Fortsätze 3 eingebettet und schaffen eine sehr starke Befestigung, die sowohl den mechanischen Zugkräften als auch denjenigen der Trägheit widersteht. Gegebenenfalls kann das eine Nietenpaar, vorzugsweise das obere, einen geringen Spielraum in den Löchern der Fortsätze 3 oder des Mantels 9 besitzen, um ίο die gegenseitige Ausdehnung von Mantel und Kopf zu ermöglichen.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   i. Kolben, bei dem ein Mantel aus hartem Metall mit niedrigem Ausdehnungskoeffizienten an einem Kopf aus einem Metall von hoher Wärmeleitfähigkeit und mit großem Ausdehnungskoeffizienten befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (9) lediglich an in an sich bekannter Weise die Augen (5) für den Kolbenbolzen (6) enthaltenden und sich über die ganze Mantellänge erstreckenden Fortsätzen (3) des Kolbenkopfes (2) befestigt und an seinen senkrecht zur Kolbenzapfenachse liegenden Gleitbahndruckflächen steifer ist als am übrigen Umfang, so daß er an diesem Umfangsteil den in Längsrichtung des Kolbenbolzens (6) auftretenden Bewegungen der Kolbenfortsätze (3) infolge vorhandenen Spiels folgen kann.
2. 2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitbahndruckflächen mit Einpressungen (10) oder Rippen (11) versehen sind.
3. 3. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Mantel (9) an seinen Berührungsflächen mit den Kolbenkopffortsätzen (3) nach innen ragende Vorsprünge (14, 23) vorgesehen sind, mittels deren er beim Eingießen des Kolbenkopfes (2) in den Mantel (9) mit den Kolbenfortsätzen (3) verbunden wird.
4. 4. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gegebenenfalls diametral geteilte Mantel (9) mit nach innen hervorragenden, diametral einander gegenüberliegenden Längsrippen (25) in Schlitze(24) der Kopffortsätze (3) eingreift und in diesen durch Niete (26) befestigt ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen