DE534949C

DE534949C - Light metal pistons, especially for internal combustion engines

Info

Publication number: DE534949C
Application number: DEH121938D
Authority: DE
Original assignee: HARRY JOHN HATER
Current assignee: HARRY JOHN HATER
Priority date: 1928-12-18
Filing date: 1929-06-05
Publication date: 1931-10-05
Also published as: GB326712A; US1812696A

Description

Leichtmetallkolben, insbesondere für Brennkraftmaschinen Zum Aufbau von Leichtmetallkolben verwendet man vorzugsweise Aluminium, Aluminiumlegierungen, Magnesium u. dgl. Diese Leichtmetalle haben aber eine hohe Wärmeleitfähigkeit und einen hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten, welche Eigenschaften bei der Herstellung des Kolbens berücksichtigt werden müssen, da sonst die Gefahr des Festfressens mit allen den Motor zerstörenden Folgen nahe liegt.Light metal pistons, especially for internal combustion engines of light metal pistons, aluminum, aluminum alloys, Magnesium and the like, however, these light metals have a high thermal conductivity and a high coefficient of thermal expansion, which properties during manufacture of the piston must be taken into account, otherwise there is a risk of seizure is obvious to all consequences that could destroy the engine.

Es sind nun Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen bekannt geworden, welche die Wärmeleitfähigkeit durch eine unter dem Kolbenkopf umlaufende Fuge wirkungslos zu machen suchen und die Gefahren des hohenAusdehnungskoeffizienten durch Anbringen von längs des Kolbenmantels verlaufenden Schlitzen beseitigen. Durch diese beiden Maßnahmen wird aber die Festigkeit des Kolbens so weit herabgemindert, daß der stark federnde Kolbenmantel den senkrecht und waagerecht auftretenden Zug- und Druckbeanspruchungen, welche durch den Kolbenbolzen auf das Kolbenzapfenlager übertragen werden, auf die Dauer nicht widerstehen kann.Light metal pistons for internal combustion engines are now known which the thermal conductivity through a circumferential joint under the piston head ineffective seek to make and the dangers of the high coefficient of expansion by attaching eliminate slots running along the piston skirt. Through these two Measures but the strength of the piston is reduced so far that the strong resilient piston skirt the vertical and horizontal tensile and compressive loads, which are transmitted through the piston pin to the piston journal bearing, to the Duration cannot resist.

Diese Nachteile werden beim Leichtmetallkolben nach der Erfindung dadurch beseitigt, daß jedes Zapfenlager durch einen Schlitz rechtwinklig zu seiner Achse in zwei Teile geteilt ist, von denen der äußere durch Stege mit dem Kolbenkopf und dem unteren Teil des Kolbenmantels, der innere dagegen durch Stege mit den gleitschuhartigen Teilen des Mantels verbunden ist. Bei. den anderen Kolben dieser Bauart bildet das Kolbenzapfenlager die Brücke, über welche die Verbrennungshitze immer noch durch direkte metallische Leitung auf die Gleitschuhe übertragen werden konnte. Infolge der Teilung des Zapfenlagers wirkt der das Lager trennende Schlitz stark wärmeisolierend. Hierdurch wird ferner die Möglichkeit geschaffen, die Ausschnitte des Kolbenmantels von den Stegpaaren kreuzweise zu überbrücken, wobei die durch die Ausschnitte gebildeten Gleitschuhe des Kolbenmantels von den waagerechten Stegpaaren gegenseitig versteift werden, da der Kolbenbolzen sowohl in den Bohrungen der äußeren wie in denen der inneren Stege gelagert ist. Die kreuzweise angeordneten Stege nehmen dann die in beiden Richtungen auftretenden Zug- und Druckkräfte auf, wobei der in einem Gleitschuh vorgesehene Querschlitz bis zu einem gewissen Grad federnd wirkt.These disadvantages become with the light metal piston according to the invention thereby eliminating the need for each journal bearing through a slot at right angles to its Axis is divided into two parts, the outer of which is connected to the piston head by webs and the lower part of the piston skirt, the inner one by means of webs with the sliding shoe-like Parts of the jacket is connected. At. the other piston of this type is formed by this Piston journal bearing the bridge over which the heat of combustion is still passing through direct metallic line could be transferred to the sliding blocks. As a result the division of the journal bearing, the slot separating the bearing has a strong thermal insulation effect. This also creates the possibility of the cutouts of the piston skirt to be bridged crosswise by the web pairs, the ones formed by the cutouts The sliding shoes of the piston skirt are mutually stiffened by the horizontal pairs of webs because the piston pin is in the bores of the outer as well as in those of the inner webs is stored. The crosswise arranged webs then take the in tensile and compressive forces occurring in both directions, with the in a sliding shoe provided transverse slot acts resiliently to a certain extent.

Um den waagerechten Stegen eine genügende Knickfestigkeit zu geben, können an ihren Kanten Verstärkungsrippen vorgesehen werden, welche mit zunehmender Entfernung vom Zapfenlager ebenfalls an Stärke zunehmen. Um dem Kolbenkopf eine hinreichende Festigkeit zu verleihen und die sehr starke auf ihn einwirkende Verbrennungshitze möglichst gleichmäßig zu verteilen, sind in seinem Innern eine Anzahl von Versteifungsrippen vorgesehen.To give the horizontal bars sufficient buckling strength, Reinforcing ribs can be provided on their edges, which increases with increasing Distance from the journal bearing also increase in strength. To the piston head a Sufficient strength to give and the very strong on him acting Distributing the heat of combustion as evenly as possible is one of the main features of its interior Number of stiffening ribs provided.

Die Zeichnungen- veranschaulichen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, und zwar zeigt Abb. i eine Seitenansicht des Kolbens, gesehen in der Richtung der Zapfenachse, Abb.2 eine hierzu rechtwinklige Seitenansicht, e Abb. 3 einen Längsschnitt nach Linie 3-3 der Abb. i, Abb. q. einen Querschnitt nach Linie 4-4 der Abb. z, Abb. 5 eine Unteransicht des Kolbens.The drawings illustrate an embodiment of the invention, namely, Fig. i shows a side view of the piston looking in the direction of FIG Pin axis, Fig.2 a right-angled side view, e Fig. 3 a longitudinal section according to line 3-3 of fig. i, fig. q. a cross-section along line 4-4 of Fig. z, Fig. 5 is a bottom view of the piston.

In der Zeichnung ist mit io die Stirnseite und mit ii die hohlzylinderförmige Wandung des Kolbenkopfes bezeichnet, der den oberen Teil des aus diesem Kolbenkopf und einem unteren Mantelteil 13 bestehenden Kolbens bildet. Der Kolbenkopf io, ii trägt in bekannter Weise eine Anzahl von- Ringnuten 12, die zur Aufnahme von Dichtungsringen dienen. Von,dem unteren Mantelteil 13, der im wesentlichen gleichfalls als Hohlzylinder ausgestaltet und unten offen ist, ist der Kolbenkopf io, ii durch eine umlaufende Trennungsfuge 14 getrennt, so daß eine unmittelbare Überleitung der durch die Verbrennung auf den Kolbenkopf übertragenen Wärme auf den Mantelteil 13 nicht möglich ist.In the drawing, io denotes the end face and ii denotes the hollow cylindrical wall of the piston head, which forms the upper part of the piston consisting of this piston head and a lower casing part 13 . The piston head io, ii carries in a known manner a number of annular grooves 12 which are used to accommodate sealing rings. The piston head io, ii is separated from the lower casing part 13, which is essentially also designed as a hollow cylinder and is open at the bottom, by a circumferential separating joint 14, so that the heat transferred to the piston head by the combustion is directly transferred to the casing part 13 not possible.

Auf gegenüberliegenden Seiten ist der Mantelteü i3 mit je einem ziemlich großen Ausschnitt 15 versehen, der vom oberen Rand des Teiles 15 ausgeht und soweit herabreicht, daß der untere Teil des Mantelteiles 13 noch einen zusammenhängenden Ring bildet. Durch die Ausschnitte 15 werden zwei nach oben gerichtete lappenförmige Gleitschuhe gebildet, deren senkrechte Ränder durch je -ein Stegpaar 1g miteinander verbunden sind. In ähnlicher Weise ist auch der Kolbenkopf io, ix mit dem unteren Randteil des Mantelteiles 13 auf jeder Seite durch ein den Ausschnitt 15 überbrückendes Stegpaar 16 verbunden, das somit die unmittelbare Verbindung zwischen dem Kolbenkopf und dem Mantelteil vermittelt.On opposite sides is the jacket i3 with one each large cutout 15 provided, which extends from the upper edge of the part 15 and so far reaches down that the lower part of the shell part 13 is still a contiguous Ring forms. Through the cutouts 15 are two upwardly directed lobes Sliding shoes formed, the vertical edges of which by each -ein pair of bars 1g with each other are connected. In a similar way, the piston head is also io, ix with the lower one Edge part of the jacket part 13 on each side by a cutout 15 bridging Bridge pair 16 connected, which thus the direct connection between the piston head and conveyed to the shell part.

Die Stegpaare 16 und i9 dienen zur Stützung der beiden Zapfenlager 17, deren jedes mit einer zur Aufnahme des Kolbenzapfens dienenden Bohrung 18 versehen ist. Die Lager 17 springen sowohl nach innen als auch nach außen über die Ebenen der Stegpaare 16, ig vor, wobei allerdings darauf zu achten ist, daß der äußere Rand der Lager nicht mit der Zylinderwandung in Fühlung kommt. Die- Lager 17 übertragen während der Kolbenarbeit die auftretenden Beanspruchungen auf die Kolbenteile io, ii und 13, wobei die senkrechten Stegpaare 16 die axialen und die Stegpaare i9 die auftretenden seitlichen Beanspruchungen aufnehmen.The web pairs 16 and 19 serve to support the two journal bearings 17, each of which is provided with a bore 18 serving to receive the piston pin is. The bearings 17 jump both inwards and outwards over the levels of the web pairs 16, ig before, although care must be taken that the outer The edge of the bearing does not come into contact with the cylinder wall. The bearing 17 is transferred during the piston work the stresses on the piston parts io, ii and 13, the vertical pairs of webs 16 being the axial and pairs of webs i9 being the absorb lateral loads.

. Hierzu sind die waagerechten Stegpaare ig an ihren Rändern auf den Innenseiten mit Verstärkungsrippen i9' versehen, deren Höhe von den Zapfenlagern 17 aus nach außen allmählich immer mehr zunimmt, wie dies aus den Abb. q. und 5 deutlich zu ersehen ist. Ähnlich sind auch die Kanten der beiden senkrechten Stegpaare 16 mit allmählich an Höhe zunehmenden Verstärkungsrippen versehen.. For this purpose, the horizontal pairs of bars are ig at their edges on the Inside provided with reinforcing ribs i9 ', the height of which depends on the journal bearings 17 gradually increases outwards, as shown in Fig. Q. and 5 can be clearly seen. The edges of the two vertical pairs of bars are also similar 16 provided with reinforcing ribs gradually increasing in height.

Jedes der beiden Zapfenlager 17 .ist in einer zwischen den beiden Stegpaaren 16 und i9 liegenden Ebene durch eine durchgehende Trennungsfuge 2o in einen äußeren und einen inneren Teil unterteilt, wobei diese Teilung entweder schon während des Gusses oder auch erst nach erfolgtem Guß vorgenommen werden kann. Der Innenteil der beiden Zapfenlager wird hierbei von den waagerechten Stegpaaren -19 unterstützt, während der äußere Teil der Zapfenlager von den senkrechten Stegpaaren 16 gehalten wird. Sowohl die Stegpaare 16, ig als auch der äußere und der innere Teil eines jeden Zapfenlagers sind auf diese Weise voneinander vollkommen unabhängig, so daß es ausgeschlossen ist, daß die durch die Verbrennung auf den Zylinderkopf io, 1i übertragene Wärme von dem Stegpaar 16 und den äußeren Zapfenlagerteilen unmittelbar auf die inneren Zapfenlagerteile sowie die sie stützenden waagerechten Stegpaare übertragen wird.Each of the two journal bearings 17 .is in one between the two Pairs of webs 16 and 19 lying plane through a continuous separating joint 2o in an outer and an inner part divided, this division either already can be carried out during the casting or only after the casting has taken place. Of the The inner part of the two journal bearings is here from the horizontal web pairs -19 supported, while the outer part of the journal bearing is supported by the vertical web pairs 16 is held. Both the web pairs 16, ig and the outer and inner Part of each journal bearing are completely independent of each other in this way, so that it is ruled out that the combustion on the cylinder head io, 1i transferred heat from the web pair 16 and the outer journal bearing parts directly on the inner journal bearing parts and the horizontal pairs of bars that support them is transmitted.

Der Mantelteil 13 ist an einer Seite mit einem steilgeneigten Trennungsschlitz 21 versehen, der nahezu senkrecht vom oberen Rand bis zum unteren Rand eines der beiden lappenähnlichen Gleitschuhe reicht. Durcli die Anordnung dieses Schlitzes 2i wird eine gewisse Federung des unteren Mantelteiles 13 erreicht, der sich somit ohne Rücksicht auf seine mehr oder weniger große Wärmeausdehnung in jedem Falle dichtschließend An die innere Zylinderwandung anlegen wird. Die innere Festigkeit des Kolbenhauptteiles wird durch die Anordnung des Schlitzes 21 in keiner Weise gefährdet, da sowohl der ringförmige untere Rand des Mantelteiles 13 als auch die lappenähnlichen Gleitschuhe durch die Stegpaare 16 und 1g gegenüber dem Kolbenkopf bzw. unter sich hinreichend stark versteift sind.The shell part 13 is on one side with a steeply inclined separation slot 21 provided, which is almost perpendicular from the top to the bottom of one of the two rag-like sliding shoes is enough. Due to the arrangement of this slot 2i a certain resilience of the lower shell part 13 is achieved, which is thus regardless of its greater or lesser thermal expansion in any case Tightly attach to the inner cylinder wall. The inner strength of the piston main part is by the arrangement of the slot 21 in no way at risk, as both the annular lower edge of the shell part 13 and the flap-like sliding shoes through the web pairs 16 and 1g opposite the piston head or are sufficiently stiffened under themselves.

Beim Betrieb erfährt der Kolbenkopf io, ii durch die bei der Explosion entstehende Verbrennungswärme eine starke Erhitzung, die durch die Stegpaare 16 zunächst auf die äußeren Zapfenlagerteile 17 und sodann auf den unteren ringförmigen Randteil des Mantelteiles 13 übertragen wird. Da dieser Weg jedoch verhältnismäßig lang und umständlich ist, so wird sich die vom Kolbenkopf ausgehende Wärmeübertragung nur sehr langsam vollziehen und den unteren Teil des Kolbens nur stark herabgemindert erreichen. Eine Weiterleitung dieser übertragenen Wärme auf den oberen Teil des Mantelteiles 13 und auf die inneren Zapfenlagerteile kann hierbei nur in verschwindend geringem Maße erfolgen, da ja die Wärme hierzu noch einen weiteren Umweg über die lappenförmigen Gleitschuhe und die waagerechten Stegpaare i j einschlagen muß. Eine wesentliche betriebstörende Erhitzung der Hauptteile des Kolbens ist mithin völlig ausgeschlossen.During operation, the piston head experiences io, ii due to the explosion the resulting heat of combustion causes strong heating, which is caused by the pairs of webs 16 first on the outer journal bearing parts 17 and then on the lower annular Edge part of the shell part 13 is transferred. However, since this path is proportionate is long and cumbersome, the heat transfer from the piston head will be reduced take it very slowly and only greatly reduce the lower part of the piston reach. A transfer of this transferred heat to the upper part of the Shell part 13 and on the inner journal bearing parts can do this only to a negligibly small extent, since the heat for this also has a further effect Take a detour via the flap-shaped sliding blocks and the horizontal pairs of bars i j got to. A significant heating of the main parts of the piston, which disrupts its operation, is therefore completely excluded.

Wie aus den Abb.3 und 5 ersichtlich ist, sind auf der Unterseite des Kolbenbodens mehrere parallele Verstärkungsrippen 22 angeordnet, die frei in den Hohlraum des Zylinders hineinragen und in die von den Zapfenlagern 17 führenden Verstärkungsrippen der Zapfenlager 17 übergehen können. Außer zur-- Versteifung der Kolbenstirnfläche und der senkrechten Stegpaare 16 dienen diese Rippen 22 auch noch zur besseren Ableitung und Verteilung der Arbeitswärme.As can be seen from Figures 3 and 5, on the underside of the Piston head several parallel reinforcing ribs 22 arranged freely in the Project into the cavity of the cylinder and into the leading from the journal bearings 17 Reinforcing ribs of the journal bearing 17 can go over. Except for - stiffening these ribs 22 also serve the piston face and the vertical pairs of webs 16 for better dissipation and distribution of the working heat.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Light metal pistons, especially for internal combustion engines, with journal bearings arranged in cutouts of the piston skirt, characterized in that that each journal bearing (i7) through a slot (2o) at right angles to its axis is divided into two parts, of which the outer part by webs (i6) with the - piston head (io, ii) and the lower part of the piston skirt (i3), the inner part by webs (i9) is connected to the sliding shoe-like parts of the jacket.

2. piston after Claim r, characterized in that the piston skirt by a circumferential Joint (i4) separate piston head (io, ii) 'with the piston skirt only through the outer Web (i6) is connected.

3. Piston according to claim i and 2, characterized in that that the cutouts (i5) of the piston skirt (i3) from the pairs of webs (i6, ig) crosswise be bridged. q ..

Piston according to claims i to 3, characterized in that the inner pairs of bars (i9) the sliding shoes formed by the cutouts (i5) of the piston skirt (= 3) stiffen each other.

5. Piston according to claim i to q., characterized in that. the one sliding shoe in a known manner with a longitudinal slot (2i) is provided.

6. Piston according to claim r to 5, characterized in that the webs (i9) are provided with reinforcing ribs (ig ') at their edges.

7. Piston according to claim z to 6, characterized in that the height of the stiffening ribs (ig ') also increases with increasing distance from the journal bearings (i7), B. Piston according to claim i, characterized in that inside the piston head (io, ii) a number of transverse ribs (22) is provided in a known manner.