DE537513C

DE537513C - Pistons for internal combustion engines

Info

Publication number: DE537513C
Application number: DEN25118D
Authority: DE
Original assignee: Bohn Aluminum and Brass Corp
Current assignee: Bohn Aluminum and Brass Corp
Priority date: 1925-10-14
Filing date: 1925-10-14
Publication date: 1931-11-04

Description

Kolben für Brennkraftmaschinen Es ist bekannt, daß Kolben von Brennkraftmaschinen, wenn sie aus Leichtmetall, wie Aluminium oder Aluminiumlegierungen, hergestellt sind, gewöhnlich ein mit Kolbenklappern bezeichnetes Geräusch verursachen, das besonders beim Anläufen der kalten -Maschine bemerkbar ist.Pistons for internal combustion engines It is known that pistons of internal combustion engines, when made of light metal such as aluminum or aluminum alloys usually cause a noise labeled piston rattling, the special is noticeable when starting the cold machine.

Diesen Nachteil beseitigt die vorliegende Erfindung, welche einen Kolben betrifft, der aus einem Kopfstück und einem Paar von Halsteilen aus Leichtmetall, welche die Kolbenbolzenlager und die Kolbenmantel tragen, und aus der Bestimmung der Abstände zwischen den gegenüberliegenden Kolbenmantelteilen dienenden und zwischen letzteren sich erstreckenden Versteifungen besteht, welche aus einem Material hergestellt sind, das einen geringeren Ausdehnungskoeffizienten besitzt als das Leichtmetall, wobei in neuartiger Weise die Versteifungen paarweise angeordnet sind und mit den Halsteilen im Zusammenhang stehen bzw. in Berührung mit den Halsteilen gegossen sind.This disadvantage overcomes the present invention, which is a Piston concerns, which consists of a head piece and a pair of neck parts made of light metal, which carry the piston pin bearings and the piston skirt, and from the provision the distances between the opposing piston skirt parts serving and between the latter consists of extending stiffeners made of one material which has a lower coefficient of expansion than the light metal, in a novel way, the stiffeners are arranged in pairs and with the Neck parts are related or cast in contact with the neck parts are.

In den beiliegenden Zeichnungen stellt Abb. i eine Seitenansicht eines gemäß der Erfindung beispielsweise hergestellten Kolbens dar.In the accompanying drawings, Fig. I shows a side view of a piston manufactured according to the invention, for example.

Abb. 2 ist ein Mittelschnitt durch. die Achse des Kolbenzapfens, Abb.3 ein ähnlicher waagerechter Schnitt. Abb. 4 ist eine Ansicht einer weiteren KoI-benausführungsform gemäß der Erfindung.Fig. 2 is a center section through. the axis of the piston pin, Fig.3 a similar horizontal cut. Figure 4 is a view of another piston embodiment according to the invention.

Abb. 5 ist eine Einzelansicht einer Versteifung, Abb.6 ein senkrechter Schnitt nach Linie 6-6 gemäß Abb. 4, Abb. 7 ein waagerechter Schnitt durch eine andere Ausführungsform.Fig. 5 is a detail view of a stiffener, Fig. 6 a vertical one Section along line 6-6 according to Fig. 4, Fig. 7 a horizontal section through a other embodiment.

Abb.8 eine Ansicht eines Kolbens in abgeänderter Form, Abb. 9 ein Schnitt nach Linie 9-9 gemäß Abb. 8, Abb. i o ein Schnitt nach Linie i o-1 o geilläß Abb. 8, Abb. i i eine Ansicht einer anderen Versteifung, Abb. 12 eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Kolbens. . Abb. 13 stellt noch eine andere Ausführungsform dar, teilweise im Schnitt, und Abb. 14 ist ein Querschnitt durch die Abb. 13.Fig.8 is a view of a piston in a modified form, Fig. 9 is a section along line 9-9 in Fig. 8, Fig. 10 is a section along line 10-1 o according to Fig. 8, Fig. Ii is a view of another Stiffener, Fig. 12 a view of another embodiment of a piston. . Fig. 13 shows yet another embodiment, partially in section, and Fig. 14 is a cross-section through Fig. 13.

In den Abb. 1, 2, 4 und 13 bezeichnet das Bezugszeichen i o das Kopfstück eines Kolbens mit ringförmigen Nuten i i. Das Kopfstück ist hohl und besitzt Lager 13 zur Aufnahme des Kolbenbolzens. Diese Lager oder Bolzenaugen 13 sind mit dem Kopfstück durch den Halsteil 16 verbunden. Jedes Bolzenauge trägt gemäß der in Abb.5 dargestellten Ausführungsform eine eingegossene Versteifung 17. Diese Versteifungen sind vorzugsweise aus Plattenmetall ausgestanzt und besitzen eine mittlere Öffnung, in welche eine Anzahl Zungen 18 sich erstrecken. Die Zungen 18 dienen dazu, die dichte Zusammenziehung des Metalls an jeder Zunge zu gestatten, wenn die Wandung 13 beim Abkühlen sich im Durchmesser zusammenzieht. An ihren entgegengesetzten Enden besitzt jede Versteifung mehrere Vorsprünge i S', durch welche sie fest mit den zur Führung des Kolbens im Zylinder dienenden. Mantelabschnitten 2o verbunden ist. Die Versteifungen besitzen zweckmäßig ebenfalls Öffnungen i9 an den in der Zeichnung angegebenen Stellen: Die unteren Enden der Mantelabschnitte 2o können durch in Abb. i punktiert angedeutete Bogenstücke z i derart verbunden sein, daß ein einheitlicher ringförmiger Teil am unteren Ende des Mantels entsteht. In einem oder beiden der Bogenstücke kann ein Schlitz 2a vorgesehen sein.In Figs. 1, 2, 4 and 13, the reference i o denotes the head piece a piston with annular grooves i i. The head piece is hollow and has bearings 13 to accommodate the piston pin. These bearings or bolt eyes 13 are with the Head piece connected by neck part 16. Each bolt eye carries as shown in Fig illustrated embodiment a cast-in stiffener 17. These stiffeners are preferably punched out of plate metal and have a central opening, into which a number of tongues 18 extend. The tongues 18 are used to to allow tight contraction of the metal on each tongue when the wall 13 when cooling down in diameter contracts. On their opposites Each stiffener has several projections i S 'through which it is firmly attached to the ends those used to guide the piston in the cylinder. Jacket sections 2o connected is. The stiffeners expediently also have openings i9 on the Points indicated in the drawing: The lower ends of the jacket sections 2o can be connected by arc pieces z i indicated by dotted lines in Fig. i in such a way that a uniform ring-shaped part is created at the lower end of the jacket. In one or a slot 2a may be provided for both of the arc pieces.

Die an jeder Seite des Kolbens angeordneten Versteifungen, die im Zusammenhang mit den Halsteilen stehen bzw. mit ihnen starr verbunden sein können, können aus zwei oder mehreren Stanzteilen bzw. auch Röhren oder Stangen bestehen. Die Flächen der Versteifung können parallel oder nichtparallel zu den Flächen der an der anderen Seite des Kolbens befindlichen Versteifung liegen.The stiffeners arranged on each side of the piston, which are in the Are related to the neck parts or can be rigidly connected to them, can consist of two or more stamped parts or tubes or rods. The surfaces of the stiffener can be parallel or non-parallel to the surfaces of the on the other side of the piston located stiffener.

Das Kopfstück i o und die Halsteile 16 bestehen zweckmäßig aus Leichtmetall, insbesondere einer Legierung von Aluminium, während die unabhängigen Versteifungen aus Stahl, z. B. solchem mit etwa 1%3 Nickelgehalt bzw. Invarstahl, hergestellt werden und einen geringen Ausdehnungskoeffizienten haben. Der Zweck dieser Versteifungen besteht darin, eine verhältnismäßig geringe Längenausdehnung in der zu der Kolbenzapfenachse rechtwinkligen Richtung zu sichern, während die mit den Versteifungen durch Gießen oder ein anderes geeignetes Verfahren verbundenen Mantelteile eine kreisförmige Ausdehnung zulassen, ihr Abstand voneinander jedoch nahezu konstant bleibt, wodurch ermöglicht wird, die Mantelflächen in dem Zylinder im kalten Zustande dicht anzupassen, ohne daß dadurch beim Erhitzen ein Festklemmen des Kolbens im Zylinder erfolgt. Die Ausdehnung des Kolbens wird auf dreierlei Weise geregelt, und zwar erstens durch den Ausdehnungskoeffizienten der Versteifungen, zweitens durch den zwischen den Versteifungen befindlichen Zwischenraum und drittens durch die besondere Gestaltung der Versteifungen, wie z. B. gemäß Abb. 7 bei 17'.The head piece i o and the neck parts 16 are expediently made of light metal, in particular an alloy of aluminum, while the independent stiffeners made of steel, e.g. B. such with about 1% 3 nickel content or Invar steel and have a low coefficient of expansion. The purpose of these stiffeners consists in a relatively small linear expansion in the direction of the piston pin axis right-angled direction while that with the stiffeners by pouring or another suitable method connected jacket parts a circular Allow expansion, but their distance from one another remains almost constant, which means it is made possible to tightly adapt the jacket surfaces in the cylinder in the cold state, without the piston jamming in the cylinder during heating. The expansion of the piston is controlled in three ways, firstly by the expansion coefficient of the stiffeners, secondly by the between the Reinforcements in the space and, thirdly, through the special design the stiffeners, such as B. according to Fig. 7 at 17 '.

In manchen Fällen mag es wünschenswert sein, die Verbindung zwischen den Bolzenaugen und den Mantelflächen zu verstärken. Dieses kann, wie aus Abb.4 und 6 ersichtlich, erfolgen, indem beim Gießen aus dem Metall Rippen 23 geformt werden, die sich von den Bolzenaugen nach den unmittelbar am Ende des Versteifungsstückes angrenzenden Mantelflächen erstrecken. Falls diese Rippen genügend stark ausgebildet werden, können die Vorsprünge und Zungen der Versteifungen in Fortfall kommen, wodurch sich die Gestaltung der Versteifungen vereinfacht.In some cases it may be desirable to make the connection between to reinforce the bolt eyes and the lateral surfaces. As shown in Fig. 4 6 and 6, ribs 23 are formed from the metal during casting that are from the bolt eyes to the immediately at the end of the stiffening piece extend adjacent lateral surfaces. If these ribs are sufficiently strong the projections and tongues of the stiffeners can come to an end, whereby the design of the stiffeners is simplified.

In einigen Fällen, wo die Bolzenaugen klein sina, wie in Abb. 7 bei 13', kann es zweckmäßig sein, die Versteifungen, wie bei 17' gezeichnet, zu biegen; sie können entweder in bogenförmiger oder in anderer geeigneter Form, wie z. B. in Abb. 7, gestaltet sein.In some cases, where the bolt eyes are small, as in Fig. 7 at 13 ', it may be useful to bend the stiffeners, as shown at 17'; they can either be in arcuate form or in some other suitable form, such as, for. B. in Fig. 7, be designed.

In Abb.8 und 9 bezeichnet das Bezugszeichen 26 das Kopfstück des Kolbens, das in jeder beliebigen geeigneten Form ausgebildet sein kann und mit den Bolzenaugen 27 verbunden ist. Die Bolzenaugen werden hier gezeigt, wie sie mit dem zylindrischen Mantel 2S durch die Versteifung 34 in Verbindung stehen. Der Mantel ist dadurch abweichend von dem gemäß Abb. i, daß die dort in punktierten Linien gezeichneten Teile bei Abb. 8 nicht entfernt sind.In FIGS. 8 and 9, the reference numeral 26 designates the head piece of the piston, which can be designed in any suitable shape and is connected to the bolt eyes 27 . The bolt eyes are shown here as they are connected to the cylindrical jacket 2S through the stiffener 34. The jacket differs from that shown in Fig. I in that the parts drawn there in dotted lines in Fig. 8 are not removed.

Die Verbindung zwischen den Bolzenaugen und dem Kopf ist durch Rippen verstärkt, die aus einem inneren Teil 30 und einem äußeren Teil 31 bestehen. Die Verbindung zwischen den Bolzenaugen und dem unteren Mantelteil ist in ähnlicher Weise durch eine Rippe 32 bewirkt.The connection between the bolt eyes and the head is reinforced by ribs consisting of an inner part 30 and an outer part 31. The connection between the bolt eyes and the lower casing part is effected in a similar manner by a rib 32.

Wie aus Abb. 8 ersichtlich, werden die Teile 34, die sich über und unter den Bolzenaugen befinden, durch die Seitenteile 35 verbunden und bilden mit diesen zusammen eine einheitliche Versteifung. An den Seiten der Versteifung sind Ansätze 36 angeordnet, die in das Metall des Mantels, der um die Versteifung gegossen wird, eingreifen. Das über den Bolzenaugen befindliche obere Glied der Versteifung ist in das Metall des Bolzenauges eingebettet; dieses obere Glied ist zweckmäßig mit Ansätzen 37 o. dgl. versehen, so daß es : fest gesichert ist. Das untere Glied der Versteifung kann, wie aus Abb. 9 ersichtlich, in bezug auf die Bolzenaugen, die mit dem unteren Mantelteil durch das Verbindungsstück 29 im Zusammenhang stehen, frei sein, da dieses Glied der Versteifung 34 nur dazu dient, die Mantelflächen zu verbinden. Ein Schlitz 38 kann in einen oder jeden der Mantelabschnitte 33 von der unteren Kante derselben an sich hineinerstrecken.As can be seen from Fig. 8, the parts 34 that extend over and are located under the bolt eyes, connected by the side parts 35 and form with these together form a uniform stiffener. On the sides of the stiffener are Lugs 36 are arranged that are poured into the metal of the jacket that surrounds the stiffener will intervene. The upper link of the stiffener located above the bolt eyes is embedded in the metal of the bolt eye; this upper link is useful with approaches 37 o. The like. Provided, so that it: is firmly secured. The lower link the stiffener can, as can be seen from Fig. 9, in relation to the bolt eyes, which are related to the lower shell part through the connector 29, be free, since this member of the stiffener 34 only serves to protect the lateral surfaces connect to. A slot 38 can be formed in one or each of the shell portions 33 of FIG extend into the lower edge of the same.

Wie in Abb. i o veranschaulicht, können die Enden der Versteifung abgebogen sein, um sie noch fester in den Werkstoff des Kolbenmantels einzubetten; in diesem Falle können die Ansätze 36 fortgelassen werden.As illustrated in Fig. I o, the ends of the stiffener be bent to embed them even more firmly in the material of the piston skirt; in this case the projections 36 can be omitted.

Eine Anordnung zur Veränderung der Ausdehnung der Versteifung ist in Abb. i i gezeigt. Das untere Glied ist bei 4o unterbrochen und bei 39 mit Ansätzen versehen, so daß die Enden des unterbrochenen Gliedes fest in die Bolzenaugen oder in den unteren Halsteil eingebettet werden können. Die Ausdelinung dieses Gliedes wird durch den ztt-ischen den Enden 4o vorgesehenen Zwischenraum geregelt. Die Ansätze 37' dienen demselben Zwecke wie die bei 37 in Abb. 8 dargestellten. Das Metall des Mantels kann an den Enden der Versteifung vollständig um den entsprechenden Abschnitt der Versteifung herumgehen, ebenso wie der über den Bolzenau-en liegende Teil der Versteifung an der Mitte ganz eingebettet sein kann, wie es z. B. bei der beispielsweisen Ausführungsform gemäß Abb. 9 geschehen ist. Diese-Anordnung ist jedoch nicht immer erforderlich, sondern es genügt auch in manchen Fällen, wenn die Versteifungen mit den Halsteilen nur im Zusammenhang stehen bzw. in Berührung mit ihnen gezogen werden.One arrangement for changing the extent of the stiffener is shown in Fig. i i. The lower link is interrupted at 4o and with attachments at 39 provided so that the ends of the interrupted link firmly in the bolt eyes or can be embedded in the lower neck part. The delinquency this The link is regulated by the space provided between the ends 4o. The lugs 37 'serve the same purpose as those shown at 37 in FIG. The metal of the jacket can be completely around the corresponding ends of the stiffener Walk around the section of the stiffener, as well as the one above the outside of the bolt Part of the stiffener at the center can be completely embedded, as it is, for. B. at the exemplary embodiment according to Fig. 9 has been done. This arrangement is however, it is not always necessary, in some cases it is sufficient if the stiffeners are only connected or in contact with the neck parts be drawn with them.

Bei der in Abb.9 dargestellten Ausführungsform braucht die Versteifung unterhalb der Bolzenaugen nicht fest verankert zu sein, da der Mantel an dieser Stelle mit den Bolzenaugen verbunden ist. Die Verankerung des mittleren Teiles der Versteifung über dem Bolzenauge soll verhindern, daß unbeabsichtigte Spannungen in dem unteren Teil des Mantels entstehen.In the embodiment shown in Figure 9, the stiffening is required not to be firmly anchored below the bolt eyes, as the jacket is attached to this Is connected to the bolt eyes. The anchoring of the middle part of the Stiffening above the bolt eye is intended to prevent unintentional stresses arise in the lower part of the mantle.

Gemäß einer weiteren, in Abb. 12 darge-_ stellten Ausführungsform besitzt der Kolben ein Kopfstück 41 und einen Mantel 4a. Die zweckmäßig aus einem Stück bestehenden Teile 43 sind zwecks Bildung von Bolzenaugen durchbohrt. Der Kolbenmantel besteht gewöhnlich aus einem stärker sich ausdehnenden Baustoff als das Kopfstück und ist mit dem Kopfstück durch eine oder mehrere Versteifungen 44 aus verhältnismäßig wenig sich dehnendem Werkstoff verbunden. Auch hier sind es paarweise angeordnete Versteifungen, deren mittlere Teile in das Metall der Halsteile 43 eingebettet und deren Enden in aufwärts sich erstreckenden Teilen 45 des Mantels eingebettet sind. Der Kolbenmantel kann an seinem unteren Teil als ein ununterbrochener Ring ausgebildet sein, oder er kann durch Sägeschnitte bei 46 unterbrochen werden, die am zweckmäßigsten in einem kleinen Winkel zu der Kolbenachse ausgeführt werden.According to a further embodiment shown in FIG the piston has a head piece 41 and a jacket 4a. The functional from one Pieces of existing parts 43 are drilled through to form bolt eyes. The piston skirt usually consists of a building material that expands more than the head piece and is relative to the head piece by one or more stiffeners 44 little stretching material associated. Here, too, they are arranged in pairs Stiffeners, the middle parts of which are embedded in the metal of the neck parts 43 and the ends of which are embedded in upwardly extending portions 45 of the shell. The piston skirt can be designed as an uninterrupted ring at its lower part or it can be interrupted by saw cuts at 46, whichever is most convenient at a small angle to the piston axis.

Bei der Herstellung des Kolbens werden die Kolbenbolzenlager und der Kolbenmantel derart gegossen, daß sie die Versteifungen in der z. B. aus Abb. 2, 4, 9 oder 12 ersichtlichen Art umschließen, wobei zuerst die Versteifungen richtig in die Form gesetzt und in dieser Lage durch in die Öffnungen i9 greifende Teile oder durch die als Zungen ausgebildeten waagerechten Versteifungsglieder, die von dem Metall des Kolbens frei bleiben, gehalten werden. Naturgemäß wird das Metall beim Abkühlen derart zusammenschrumpfen, daß es eine hohe Spannung auf die Versteiftmgen ausübt. Diese Spannung wird zwar zum Teil, aber doch nicht ganz bei den Arbeitstemperaturen des Kolbens aufgehoben. Demzufolge werden die Mantelabschnitte nicht das Bestreben haben, sich von den Enden der Versteifungen zu entfernen.The piston pin bearings and the Piston skirt cast in such a way that the stiffeners in the z. B. from Fig. 2, 4, 9 or 12 enclose the obvious type, with the stiffeners correct first placed in the mold and in this position by parts reaching into the openings 19 or by the horizontal stiffening members designed as tongues, which by the metal of the piston remain free. The metal becomes natural shrink on cooling to such an extent that there is a high stress on the stiffeners exercises. Some of this tension becomes, but not entirely, at the working temperatures of the piston canceled. As a result, the cladding sections will not aspire have to move away from the ends of the stiffeners.

Eine andere Ausführungsform der Versteifungen ist in Abb. 13 und i ¢ gezeigt, gemäß welchen die Versteifungen nicht unabhängige Teile darstellen, sondern aus einem Teil der den Kolbenmantel bildenden zv_ lindrischen Röhre bestehen.Another embodiment of the stiffeners is shown in Fig. 13 and i ¢ shown, according to which the stiffeners are not independent parts, but consist of a part of the zv_-Lindrian tube forming the piston skirt.

Claims

PATt: CLAIMS: i. Pistons for internal combustion engines, consisting of a head piece and a pair of neck pieces made of light metal which form the piston pin bearings and wear the piston skirt parts, and from determining the distances between the opposite piston skirt parts serving and extending between the latter Stiffeners, which are made of a material that has a lesser Has expansion coefficients than the light metal, characterized in that the stiffeners (17, 34 or 4.4. in pairs, are arranged and with the neck parts (16) related.

2. Piston according to claim i, characterized in that that each of the stiffeners (17, 34 or 44) is designed like a plate.

3. Piston according to claim i or 2, characterized in that the stiffeners consist of a steel alloy with about 1/3 nickel content.

4. Piston according to claim i to 3, characterized in that the stiffeners (17 or 34) at their edges are provided with lugs (18 'or 36) which are embedded in the piston skirt parts are.

5. Piston according to claim i to 3, characterized in that the ends of the Stiffeners (17 or 34) at an angle to the main part of the stiffener, preferably are bent parallel to the outer wall of the piston skirt.

6. Piston according to claim i to 5, characterized in that the stiffeners connected to the neck parts (16) (17 or 34) extend over the piston pin bearings (13 or 27).

7. Piston according to claim i to 5, characterized in that the stiffeners (i; or 34) connected to the neck parts (16) extend under the piston pin bearings (13 or 27). &. Piston according to Claims 1 to 7, characterized in that each stiffener is designed as a not completely self-contained, in particular rectangular frame, the longitudinal sides (3-.) Of which extend above or below the piston pin bearings (27) . G. Piston according to Claim S, characterized in that the longitudinal side of the reinforcement adjacent to the head (26) is designed as an uninterrupted piece and the other longitudinal side with an interruption (Fig. Left). i o. Piston according to claims i to 7, characterized in that each reinforcement (17) is provided with a round opening corresponding to the bolt eye, on the circumference of which inwardly directed projections are provided, whereby the reinforcement is firmly embedded in the neck part ( Fig. 5). i i. Piston according to Claims i to 3, characterized in that the head (4 and the opposing piston skirt parts (42, 45) are connected to one another only by means of stiffeners (44) @ Fig. I2). 12. Piston according to claim i to ii, characterized in that the building material of the stiffeners and their distance from one another. other are adapted to the desired expansion of the piston skirt. 13. Piston according to claim i, characterized in that the stiffeners are formed from parts of a cylindrical tube forming the piston skirt i Fig. 13 and 1q.). 1.1. Piston according to claims i to 13, characterized in that each stiffener (17) is provided with boreholes (i9), tongues, lugs or the like in order to keep the stiffener in its exact position in the shape and to prevent it from being displaced during the Secure pouring.