-
Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich
auf Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen, welche einen Mantel aus härterem
Baustoff besitzen.
-
Es ist bereits bekannt, daß bei solchen Kolben der Wärmefluß günstig
wird, wenn man den Mantel am unteren offenen Kolbenende starr mit dem Kolbenkörper
verbindet, während das obere Ende des Mantels gegen den Kolbenkörper beweglich ist.
Kolben dieser Art konnten aber bisher keine genügende Haltbarkeit erreichen, weil
bei Verbrennungsmotoren, die ohne Kreuzkopf arbeiten, der Druck der Schubstange
schräg auf den Kolben wirkt, so daß die Befestigung am unteren Ende des Mantels
auf Biegung übermäßig beansprucht wird. Dieser Beanspruchung waren die bekannten
Kolben dieser Art um so weniger gewachsen, als die Verbindung zwischen Mantel und
Kern nur durch Einwalzen o. dgl. erfolgte.
-
Ferner sind Kolben bekannt geworden, bei denen -ein Mantel aus härterem
Material mit einem Kolbenboden aus Leichtmetall vergossen ist. Diese Kolben konnten
gleichfalls nur eine geringe Lebensdauer erreichen, da der Kolben in der Nähe des
Bodens, also an der Stelle, an welcher die beiden verschiedenen Metalle miteinander
vergossen waren, im Betrieb hohe Temperaturen annimmt, so daß sich die Verbindung
infolge der verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten beider Metalle sehr bald lockert.
-
Schließlich sind Kolben bekannt, bei denen der Mantel an beiden Enden
auf Kegelflächen ruht, deren Neigung so bemessen ist, daß 'die gegenseitige Bewegung
der beiden Metalle bei Erwärmung etwa in die Richtung der Kegelflächen fällt. Auch
diese Kolben können aber nicht allen Anforderungen an die Haltbarkeit entsprechen,
insbesondere da nicht der ganze Kolben eine einheitliche Temperatur annimmt, sondern
die Temperaturverteilung ungleichmäßig und je nach dem Betriebszustand verschieden
ist. Der Kegelwinkel kann aber nur für die mittlere Temperaturverteilung genau richtig
bemessen sein. Infolgedessen muß im Laufe des Betriebes eine Zeit eintreten, in
welcher an den Anlageflächen ein wenn auch geringer Spalt entsteht. Sobald ein solcher
Spalt einmal vorhanden ist, tritt bei jedem Hinundhergang des Kolbens eine Schlagwirkung
ein, die den Spalt in kurzer Zeit erweitert. Damit erhöht sich wieder die Wucht
jedes einzelnen Schlages, und bald ist der Kolben unbrauchbar.
-
Die vorliegende Erfindung besteht nun darin, daß der Kolbenmantel
am unteren Ende imit dem Kolbenkörper vergossen ist und an seinem oberen, dem Verbrennungsraum
zugekehrten Ende auf einer sich nach oben erweiternden Kegelfläche aufliegt.
-
Durch das Vergießen wird eine starre Verbindung erzielt, welche die
Möglichkeit von Längsbewegungen des Mantels gegen den Kolben mit Sicherheit ausschließt.
Die im Betrieb auftretende Erwärmung kann die Festigkeit dieser Verbindung nicht
beeinträchtigen, da sie am unteren Ende des Kolbens liegt,
dessen
Temperatur stets unterhalb einer Grenze von etwa i 5o° C bleibt. Andererseits sorgt
die Kegelfläche am oberen Ende dafür, daß dort kein Spalt zwischen Mantel und Kern
bleibt, so daß der Seitendruck der Pleuelstange aufgenommen wird, ohne daß auf die
untere Verbindungsstelle Biegungsspannungen wirken können. Infolge der Vermeidung
dieser Biegungsspannungen kann auch der untere Teil des Kernkörpers sehr leicht
gehalten werden, wodurch das Gesamtgewicht des Kolbens günstig beeinflußt wird.
-
Auf der Zeichnung ist -ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt,
und zwar zeigen Abb. i einen Kolben entsprechend der Erfindung im Axialschnitt senkrecht
zum Kolbenbolzen.
-
Abb. z den Kolben in Ansicht.
-
Auf dem Kolbenkörper a aus Leichtmetall sitzt die Hülse b aus Gußeisen
o. dgl. In der Hülse b sind am unteren Ende Bohrungen c angebracht, während sich
am oberen Ende eine Kegelfläched befindet. Bei der Herstellung des Kolbens wird
der untere, mit Löchern c o. dgl. versehene Teil der Hülse zweckmäßig verzinnt,
während der übrige Teil mit Graphit o. dgl. bestrichen wird, um ein Haften des Kolbenkörpers
an der Kegelfläche zu verhindern. Danach wird die Hülse mit dem Kolbenkörper so
vergossen, daß auch die Löcher c ausgefüllt werden. Dadurch wird die Hülse
b fest mit dem Kolbenkörper a verbunden. An den übrigen Stellen bildet
sich zwischen Hülse und Kolbenkörper ein Hohlraum, der ein Sprengen des Mantels
durch :den Kern bei Erwärmung mit Sicherheit verhindert, da der Kolben sich im Betrieb
nie bis auf die Schmelztemperatur des Kolbenkörpers erhitzt, während bei der Herstellung
der Kernkörper bei dieser Temperatur erstarrt und sich von da an während der Abkühlung
entsprechend seinem größeren Wärme-, ausdehnungskoeffizienten stärker zusammenzieht
als die Hülse. An der Kegelfläche d bildet sich jedoch kein Spaltraum zwischen Kolbenkörper
und Laufmantel, da die Kolbenbahnhülse in radialer Richtung den Kolbenkörper umfaßt,
während sie in axialer Richtung ihrerseits vom Kolbenkörper umfaßt wird, und die
Neigung des Kegels so bemessen wird, daß der Anlagedruck zwischen dem Kolbenkörper
a und der Kolbenbahnhülse b praktisch unabhängig von der Kolbentemperatur ist.
-
Zur Verbindung des Kolbenkörperunterteiles mit dem Oberteil des Kolbenkörpers
dienen zwei verhältnismäßig schmale Stege, welche an der Durchtrittsstelle des Kolbenbolzens
in üblicher Weise durch Augen verstärkt sind.