DE579345C - Piston with light metal head and iron shaft - Google Patents
Piston with light metal head and iron shaftInfo
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- DE579345C DE579345C DEE39245D DEE0039245D DE579345C DE 579345 C DE579345 C DE 579345C DE E39245 D DEE39245 D DE E39245D DE E0039245 D DEE0039245 D DE E0039245D DE 579345 C DE579345 C DE 579345C
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J1/00—Pistons; Trunk pistons; Plungers
- F16J1/04—Resilient guiding parts, e.g. skirts, particularly for trunk pistons
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Description
DEUTSCHES REICHGERMAN EMPIRE
AUSGEGEBEN AIH 24. JUNI 4933ISSUED AIH JUNE 24, 4933
REICHSPATENTAMTREICH PATENT OFFICE
PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING
. JVi 579345 ' KLASSE 47 f GRUPPE 19oi . JVi 579345 ' CLASS 47 f GROUP 19oi
E 39245 XlllwfE 39245 Xlllwf
Tag der Bekanntmachung über die Erteilung des Patents: 8. JuniDate of publication of the patent grant: June 8th
Elektronmetall G. m. b. H. in Stuttgart-Cannstatt*) Kolben mit Leichtmetallkopf und Eisenschaft Elektronmetall G. mb H. in Stuttgart-Cannstatt *) Pistons with light metal head and iron shaft
Patentiert im Deutschen Reiche vom 15. Mai 1929 abPatented in the German Empire on May 15, 1929
Das geringe Gewicht sowie die ausgesprochen gute Wärmeleitfähigkeit der Leichtmetalle fährte zu ihrer Verwendung als Kolbenbaustoff. Diesen großen Vorteilen stand die wenig gute Laufeigenschaft sowie der hohe Ausdehnungskoeffizient der Leichtmetalle als Nachteil entgegen.The low weight and the extremely good thermal conductivity of the light metals led to their use as piston building material. These great advantages stood the less good running properties as well as the high expansion coefficient of light metals as a disadvantage.
Die besten Laufeigenschäften sowie außerordentlich, geringe und die richtige, dem Zylinder angepaßte Wärmeausdehnung weist immer noch der von alther bekannte Graugußkolben auf. Bisherige Bestrebungen, die beiden Materialien Leichtmetall und Grauguß günstig zu vereinigen, schlugen fehl. Es ist zwar bereits eine Kolbenausführung mit Leichtmetallkopf und Eisenschaft bekannt, bei welcher der Eisenschaft lediglich durch dünne, schmale, in die Kolbenbolzenaugen eingegossene Lappen mit dem KolbenkopfThe best running properties as well as extraordinary, minor and the right one, dem The cylinder-adapted thermal expansion still shows the well-known gray cast iron piston on. Previous efforts, the two materials light metal and gray cast iron to unite favorably failed. Although it is already a piston version with Light metal head and iron shaft known, in which the iron shaft only through thin, narrow lobes with the piston head cast into the piston pin bosses
ao verbunden ist. Kolben dieser Art haben aber keinen Eingang in die Technik der Verbrennungskraftmaschinen gefunden, weil bei dieser Verbindung von Kopf und Schaft im Laufe der Zeit eine Lockerung der Verbin^ao is connected. Pistons of this type, however, have no entry into the technology of internal combustion engines found, because with this connection of head and shaft a loosening of the connection in the course of time
»5 dungsstellen eintritt, hervorgerufen durch die verschieden große Wärmeausdehnung der beiden Materialien unter dem Einfluß der Betriebstemperatur. Dabei macht es auch keinen Unterschied, ob nach anderen Vorschlagen die Verankerung versucht wird durch Vergießen von Mantelteilen in Fortsätzen, die vom Kolbenkopf ausgehen und über die Mantellänge sich erstrecken, oder durch Verschrauben in Verbindung mit Vergießen. »5 formation points occurs, caused by the different degrees of thermal expansion of the both materials under the influence of the operating temperature. It also does no difference whether the anchoring is attempted according to other proposals by casting shell parts in projections that start from the piston head and extend over the length of the shell, or by screwing in connection with potting.
Die Erfindung betrifft nun die Neuerung in der Verbindung von' Kolbenkopf und -schaft, die im wesentlichen darin besteht, die Verbindungsstellen auf kürzeste Strecken zu beschränken. Der Neuerung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Ursache der bisherigen Fehlschläge in der Abhängigkeit der-Wärmeausdehnung von der räumlichen Größe des Stücks liegt, d. h. große Abmessungen des betreffenden Körpers bedingen große Aus- «* dehnungen. Hinzu kommt noch die Höhe der Temperatur selbst, die ebenfalls direkten Einfluß auf die endgültige Größe des Körpers hat, die er unter der auftretenden Temperatur annimmt. Alle bisher bekanntgewordenen zweimetalligen Kolben haben auf diese Erkenntnis wenig Wert gelegt. Die durch Gießen oder Verschrauben hergestellten Verbindungsstellen der beiden vereinigten Teile liegen so, daß die Ausdehnung sehr groß wird und damit auch die Differenz der Ausdehnungswege beider Körper.The invention now relates to the innovation in the connection of 'piston head and -shaft, which essentially consists in reducing the connection points over the shortest possible distances restrict. The innovation is based on the knowledge that the cause of the previous Failures in the dependence of thermal expansion on spatial size of the piece, d. H. large dimensions of the body in question require large dimensions stretching. Added to this is the level of the temperature itself, which also has a direct influence on the final size of the body which it has under the occurring temperature accepts. All two-metal pistons known so far have been based on this knowledge placed little value. The joints made by casting or screwing of the two united parts are so that the expansion is very large becomes and with it the difference in the expansion paths of the two bodies.
Im Betriebszustand ergibt sich damit bei den beträchtlichen Temperaturen, die ein Kolben annimmt, verschiedene Größe beiderIn the operating state, this results in a piston at the considerable temperatures assumes different size both
*) Von dem Patentsucher ist als der Erßnder angegeben worden:*) The patent seeker stated as the originator:
Dr.-Ing. Erich Wilhelm Heinrich Koch in Stuttgart.Dr.-Ing. Erich Wilhelm Heinrich Koch in Stuttgart.
Teile, die wieder auf das Ursprungsmaß zusammenschrumpfen, wenn sie kalt werden, also wenn der Motor steht. Ein dauerndes Gegeneinanderarbeiten, das schließlich zur 5· Lockerung führen muß, ist die notwendige Folge.Parts that shrink back to their original size when they get cold, so when the engine is at a standstill. A constant work against each other, which ultimately leads to 5 · Loosening is the necessary one Episode.
Die Erfindung, die durch die Zeichnung erläutert wird, vermeidet diese Übelstände dadurch, daß I. die Verbindungsstellen der bei- *o den Teile in ihrer gegenseitigen Verbindungslänge auf ein Minimum. beschränkt und elastisch ausgebildet werden, 2. die Verbindungsstellen selbst in ein Gebiet verlegt sind, wo a) räumlich sehr kurze Eingußwege von *5 nur wenigen Millimetern möglich sind, und ferner b) keine hohen Temperaturen und damit auch keine großen Temperaturunterschiede bestehen. Der Kolben selbst hat im Betriebszustand nämlich keine gleichmäßige a° Temperatur, sondern in ihm findet ein Wäfmefluß und damit ein Temperaturgefälle statt, und zwar nach vorgenommenen Untersuchungen so, daß etwa 80 °/0 der Wärme am Ende der Ringpartie bereits als abgeführt gelten kann. Die rein schematische Kolbendarstellung nach Abb. 1 zeigt, daß die höchsten Temperaturen am Kolbenboden sind, der Hauptwärmefluß spielt sich in der Partie der Ringzone ab, während am Schaft und in der Zone des Kolbenbolzenauges nur noch verhältnismäßig niedrige Temperaturen bestehen. The invention, which is explained by the drawing, avoids these inconveniences in that I. the connection points of the two parts in their mutual connection length to a minimum. limited and elastic, 2. the connection points themselves are relocated to an area where a) spatially very short casting paths of only a few millimeters are possible, and further b) there are no high temperatures and therefore no large temperature differences. The piston itself does not have a uniform a ° temperature in the operating state, instead there is a heat flow and thus a temperature gradient, according to investigations carried out so that about 80 ° / 0 of the heat at the end of the ring belt can be considered to have already been dissipated. The purely schematic piston representation according to Fig. 1 shows that the highest temperatures are at the piston crown, the main heat flow takes place in the part of the ring zone, while only relatively low temperatures exist on the skirt and in the zone of the piston pin boss.
In diese- Zone um das Kolbenbolzenäuge, in der die relativ niedrige Betriebstemperatur von etwa 130 bis 150° herrscht, ist nun die Verbindungsstelle gelegt. Dabei sind erfindungsgemäß die öffnungen e für die Kolbenbolzenaugenlager in die flachen Seiten/ des eisernen Kolbenschaftes verlegt, dessen beide gewölbte Seiten k die Tragflächen des Kolbens bilden (Abb. 4, Querschnitt des Kolbenschaftes). Die Distanz zwischen den flachen Seiten ist dabei mit der Maßgabe gewählt, daß die Kolbenbolzenaugenlager ein hinreichend großes Ausmaß zur Lagerung des Bolzens erhalten, ohne an ihren Außenseiten die Zylinderwand zu berühren. Hierbei sind i. in der ebenen Fläche/ des Eisenschaftes, in der Zone um das Bolzenauge, durch Schlitze oder Ausschnitte im Schaft schmale Lappen i ausgebildet (vgl. Abb. 3 und 6), und 2. sind auf den ebenen Flächen des Eisenschaftes Wülste m (Abb. 2) angebracht, die sich über die ganze Breite jeder Fläche Einziehen; diesen Wulsten parallel kann auch noch eine nach außen abgebogene oberste überhöhte- Kante / des Schaftes verlaufen. Wird der Kolbenboden samt den von ihm ausgehenden Kolbenbolzenaugenlagern aus Leichtmetall in an sich bekannter Weise mit Hilfe einer Form gegossen, so wird eine Verankerung·" des Leichtmetalls mit dem ELsenschaft zwischen den Lappen, unter Einschluß der Wülste, herbeigeführt, welche erfahrungsgemäß den Wirkungen der auftretenden Temperaturschwankungen widersteht, obwohl der Ausdehnungskoeffizient des Leichtmetalls annähernd doppelt so groß ist als derjenige des Eisens. Ein so günstiges Ergebnis wäre nicht zu erwarten, wenn die Verbindung, anstatt in der Zone der Kolbenbolzenaugeh, etwa in der Ringzone vorgenommen würde.The connection point is now placed in this zone around the piston pin eye, in which the relatively low operating temperature of around 130 to 150 ° prevails. According to the invention, the openings e for the piston pin boss bearings are relocated to the flat sides / of the iron piston skirt, the two curved sides k of which form the bearing surfaces of the piston (Fig. 4, cross section of the piston skirt). The distance between the flat sides is chosen with the proviso that the piston pin eye bearings are given a sufficiently large size to support the pin without touching the cylinder wall on their outer sides. Here i. In the flat surface / the iron shaft, in the zone around the bolt eye, through slots or cutouts in the shaft, narrow flaps i are formed (see Fig. 3 and 6), and 2. there are bulges m on the flat surfaces of the iron shaft (Fig. 2) attached, which is drawn in over the full width of each surface; An outwardly bent uppermost raised edge / of the shaft can also run parallel to these beads. If the piston crown and the piston pin eye bearings extending from it are cast from light metal in a manner known per se with the aid of a mold, an anchoring of the light metal with the EL shaft between the lobes, including the beads, is brought about, which experience shows that the effects of the occurring Resists temperature fluctuations, although the expansion coefficient of the light metal is almost twice that of iron. Such a favorable result would not be expected if the connection were made in the ring zone instead of in the area of the piston pin eye.
In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsformen der Erfindung dargestellt, in denen gemäß den Abb. 2 bis 4 der Eisenschaft in einem Stück aus Grauguß hergestellt ist, während in Abb. 5 die Abänderung vorgesehen ist, daß in der ebenen Fläche des Graugußschaftes die gelappte Zonei' um die Kolbenbolzenaugen aus einem anderen Material mit geringerer Wärmeausdehnung,, z. B. Invarstahl, besteht, welche ihrerseits durch Einnieten oder Einschweißen mit dem Schaft verbunden ist. Anstatt von Grauguß kommen als Baustoff aber auch gestanzte oder verschweißte Eisenbleche in Betracht oder gehärtete oder nitrierte Stahlbleche zwecks Erreichung größter Verschließfestigkeit.Various embodiments are shown in the drawing of the invention, in which, according to Figs. 2 to 4, the iron shaft is made in one piece from gray cast iron is, while in Fig. 5 the modification is provided that in the flat surface of the Gray cast iron shank the lobed zone around the piston pin bosses made of a different material with lower thermal expansion ,, z. B. Invar steel, which in turn through Riveting or welding is connected to the shaft. Instead of gray cast iron but also punched or welded iron sheets or hardened sheets as a building material or nitrided steel sheets to achieve maximum wear resistance.
Hierdurch werden alle Vorzüge dieser teils erst in letzter Zeit bekanntgewordenen verschiedenen Werkstoffe voll ausgenutzt. Es ergeben sich folgende Vorteile:In this way, all the advantages of these different ones, some of which have only recently become known, become available Materials fully utilized. The following advantages result:
1. Geringes Gewicht des gesamten Kolbens. Versuche haben ergeben, daß das Gewicht gleich oder niedriger ist als das der heute bekannten Leichtmetallkolben.1. Low weight of the entire piston. Tests have shown that the weight is equal to or lower than that of the light metal pistons known today.
2. Durch die Verwendung eines Leichtmetalls mit guten Wärmeleiteigenschaften für das Oberteil ergeben sich alle bekannten guten Eigenschaften von Leichtmetallkolben (kalter Kolben — große Füllung, hohe Leistung — geringer Brennstoff- und Ölverbrauch) .2. By using a light metal with good thermal conductivity properties the upper part results in all the well-known good properties of light metal pistons (cold piston - large filling, high performance - low fuel and oil consumption) .
3. Durch die Verwendung von Grauguß3. By using gray cast iron
byw. Stahl für den eigentlichen Schaft wird die gleiche gute Laufeigenschaft und Lebensdauer erreicht wie bisher bei normalen Graugußkolben. byw. Steel is used for the actual shaft the same good running properties and service life achieved as before with normal cast iron pistons.
4. Durch die Verwendung von Invarstahl für die eingegossenen Lappen wird erreicht, «o daß das Kolbenspiel ebenso klein -wird wie beim sogenannten Nelson-Bohnalitkolben, also kleiner als beim Graugußkolben, und der Kolben sich trotzdem gleichmäßig mit dem Zylinder ausdehnt, also sein kleines Spiel immer gleichmäßig über alle Betriebszustände beibehalt.4. By using Invar steel for the cast-in flaps it is achieved, «o that the piston clearance is as small as with the so-called Nelson-Bohnalite piston, i.e. smaller than with the gray cast iron piston, and the The piston nevertheless expands evenly with the cylinder, so its little play always maintained evenly across all operating states.
5. Durch die Verwendung von z. B. nitriertem Stahl für die Laufflächen des Schafts wird die Verschleißfestigkeit, also die Lebens- tao dauer gegenüber dem Graugußkolben, noch weiter erhöht.5. By using e.g. B. nitrided Steel for the running surfaces of the shaft is the wear resistance, ie the life tao duration compared to the cast iron piston, increased even further.
Claims (3)
ι. Kolben mit Leichtmetallkopf und Eisenschaft, bei dem der Eisenschaft lediglich durch dünne, schmale, in die Kolbenbolzenaugen eingegossene Lappen mit dem Kolbenkopf verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenschaft aus einem Körper mit zwei gewölbten tragenden Flächen (Jk) und zwei zwischengeschalteten flachen, die Kolbenbolzenlager aufnehmenden Seitenflächen (f) besteht, wobei die Seitenflächen (/) durch radiales Schlitzen um die öffnungen (e) für die Kolbenbolzen herum die schmalen, mit dem Leichtmetall für die Kolbenbolzenaugen (h) zu umgießenden Lappen (i) bilden und wobei die Seitenflächen (f) außerdem oberhalb und unterhalb der Bolzenöffnungen Wülste (m) tragen.Patent claims:
ι. Piston with light metal head and iron shaft, in which the iron shaft is only connected to the piston head by thin, narrow lugs cast into the piston pin bosses, characterized in that the iron shaft consists of a body with two curved bearing surfaces (Jk) and two intermediate flat surfaces, the Piston pin bearing receiving side surfaces (f) , the side surfaces (/) form the narrow lugs (i) to be cast around with the light metal for the piston pin bosses (h) through radial slots around the openings (e) for the piston pin and the side surfaces (f) also wear beads (m) above and below the bolt openings.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEE39245D DE579345C (en) | 1929-05-15 | 1929-05-15 | Piston with light metal head and iron shaft |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEE39245D DE579345C (en) | 1929-05-15 | 1929-05-15 | Piston with light metal head and iron shaft |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE579345C true DE579345C (en) | 1933-06-24 |
Family
ID=7078564
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DEE39245D Expired DE579345C (en) | 1929-05-15 | 1929-05-15 | Piston with light metal head and iron shaft |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE579345C (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1476050B1 (en) * | 1964-03-20 | 1970-09-03 | Ford Motor Co | Process for casting light metal pistons |
-
1929
- 1929-05-15 DE DEE39245D patent/DE579345C/en not_active Expired
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1476050B1 (en) * | 1964-03-20 | 1970-09-03 | Ford Motor Co | Process for casting light metal pistons |
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