Kolben für Brennkraftmaschinen Gegenstand vorliegender Erfindung ist
ein Kolben für Brennkraftmaschinen mit besonderem Kolbenringträger, bei dem ein
den Kol- . benringträger bildender Mantel aus einer Kupferlegierung mit bis zu etwa
5 % Beryllium mit einem Kolbenböden aus Leichtmetall ünd einem Schaftteil
aus Eisen verbunden ist. Die Erfindung betrifft ferner eine Legierung von Kupfer
mit Beryllium und Mangan, die sich dank ihrer hohen Warmhärte und ihrer Verschleißfestigkeit
für die Herstellung des Ringträgers in Kolben für Brennkräftmaschinen besonders
eignet.Pistons for internal combustion engines The present invention is a piston for internal combustion engines with a special piston ring carrier in which a piston. Benringträger-forming jacket made of a copper alloy with up to about 5 % beryllium is connected to a piston crown made of light metal and a shaft part made of iron. The invention also relates to an alloy of copper with beryllium and manganese which, thanks to its high hot hardness and its wear resistance, is particularly suitable for producing the ring carrier in pistons for internal combustion engines.
Im Laufe der letzten Jahre hatten sich an Stelle -des früher für Kolben
ausschließlich verwendeten Graugusses die Leichtmetalllegierungen in steigendem
Maße als Kolbenbaustoff durchgesetzt. Den zahlreichen günstigen Eigenschaften, die
diese Legierungen besitzen und die zu ihrer Verbreitung wesentlich beigetragen haben,
steht aber, wie sich neuerdings ergeben hat, ihre geringe Warmhärte als Nachteil
gegenüber. Dieser Nachteil wirkt sich insofern außerordentlich schwerwiegend aus,
als die Kolbenringnuten, die sich in dem thermisch am höchsten beanspruchten Teil
des Kolbens, nämlich in der Nähe des Bodens befinden, nicht in der Lage sind, auf
die Daüer.den Schlägen der Kolbenringe zu widerstehen, sondern sich bei den hohen
auftretenden Temperaturen ausschlagen, wodurch die Führung des Kolbens im Zylinder
verlorengeht und der Kolben selbst unter Umständen unbrauchbar wird.Over the past few years, pistons had replaced the former
exclusively used gray cast iron the light metal alloys in increasing
Dimensions enforced as piston building material. The numerous beneficial properties that
own these alloys and which have contributed significantly to their spread,
however, as has recently been shown, their low hot hardness is a disadvantage
opposite to. This disadvantage is extremely serious in that
than the piston ring grooves, which are located in the thermally most highly stressed part
of the piston, namely near the bottom, are unable to
the Daüer. to withstand the blows of the piston rings, but to deal with the high ones
occurring temperatures knock out, whereby the guidance of the piston in the cylinder
is lost and the piston itself may become unusable.
Versuche, die Warmhärte der Leichtmetalle durch Aufnahme neuer Legierungsbildner
wesentlich zu steigern, sind fehlgeschlagen. Es wurde nun gefunden, daß gewisse
Berylliumbronzen, die an sich zu den Schwermetallen zu- rechnen sind und deren Verwendung
in vergütetem Zustande als Baustoff für Kolben u. a. in ganz allgemeiner Form bereits
vorgeschlagen wurde, eine ganz ungewöhnlich hohe Warmhärte aufweisen, die ihre Verwendung,
gegebenenfalls auch in unvergütetem Zustande, insbesondere für die Ringpartie des
Kolbens besonders angezeigt erscheinen läßt. Dabei kann der eigentliche Kolbenkörper
gegebenenfalls nach wie vor aus Leichtmetall hergestellt werden, wobei der die Kolbenringe
tragende Teil des Bodens als ringförmiger Mantel eingewalzt oder eingegossen wird:
Gegenüber Vorschlägen, zwecks Verbesserung der Warmhärte _ der Ringpartie die letztere
aus Grauguß, Stahl oder gewöhnlicher (Zinn-) Bronze auszuführen und in geeigneter
Weise mit dem übrigen aus Leichtmetall bestehenden Kolben zu verbinden, weist die
Ausführung der Ringpartie in Bervlliumbronze gemäß Erfindung den Vorteil auf, daß
die Wärmeausdehnung dieser Legierung derjenigen
der Leichtmetallegierungen
viel näher kommt, so daß zahlreiche konstruktive Schwierigkeiten, die sich -aus
der Notwendigkeit einer sicheren Verbindung der Kolbenteile aus Grauguß usw. und
Leichtmetall ergaben, hier in. Wegfall kommen. Ein weiterer Vorteil gegenüber diesen
Ausführungen besteht darin, daß auch die W ärrneleitfähigkeit der Kupfer-Beryllium-Legierungen
der von Grauguß überlegen ist, so daß die gute Wärmeleitfähigkeit, die. ein Hauptvorzug
der Leichtmetallegierungen ist, im vorliegenden Fall nicht in dem Maße beeinträchtigt
wird wie bei Ausführung der Ringpartie in Grauguß.Attempts to reduce the hot hardness of light metals by adding new alloying agents
to increase significantly have failed. It has now been found that certain
Beryllium bronzes, which are classed as heavy metals and their use
in a quenched and tempered condition as a building material for pistons and others. in a very general way already
has been proposed to have an unusually high hot hardness, which makes their use,
possibly also in a non-remunerated condition, especially for the ring belt of the
Piston makes appear particularly indicated. The actual piston body can
optionally still be made of light metal, the piston rings
The load-bearing part of the floor is rolled in or poured in as a ring-shaped jacket:
Compared to proposals, for the purpose of improving the hot hardness _ of the ring belt, the latter
made of gray cast iron, steel or common (tin) bronze and in suitable form
Way to connect with the rest of the piston made of light metal, the
Execution of the ring belt in Bervlliumbronze according to the invention has the advantage that
the thermal expansion of this alloy of those
of light metal alloys
comes much closer, so that numerous constructive difficulties that arise -from
the need for a secure connection of the piston parts made of gray cast iron, etc. and
Light metal revealed, come in here. Omission. Another advantage over these
Execution is that the thermal conductivity of the copper-beryllium alloys
that of gray cast iron is superior, so that the good thermal conductivity that. a major asset
the light metal alloys is, in the present case, not affected to the same extent
is made of gray cast iron as in the execution of the ring belt.
In Anbetracht der- verhältnismäßig hohen Wärmeausdehnung der Berylliumbronzen
empfiehlt es sich, soweit auf lautlosen Gang des Motors Gewicht gelegt wird, nur
den die Kolbenringe tragenden Teil des Kolbens in Kupfer-Beryllium-Legierung, den
Schaftteil aber, bei dem die Warmhärte und die Wärmeleitfähigkeit eine geringere
Rolle spielen, aus Grauguß bzw. Stahlblech auszuführen. Man gelangt so zu einer
Bauweise, bei der ein Kolbenboden aus Leichtmetall von einem ringförmigen, mit den
Kolbenringnuten versehenen Mantel aus Berylliumbronze umgeben ist, welch letzterer
einen Schaftteil aus Eisen trägt, wobei die Verbindung der einzelnen Bauteile in
an sich bekannter Weise, aber ohne die bisher auftretenden Schwierigkeiten erfolgt,
da zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten der aufeinanderfolgenden Baustoffe
ein allmählicher Übergang besteht.In view of the relatively high thermal expansion of beryllium bronzes
it is only recommended as far as weight is placed on the silent running of the engine
the part of the piston in copper-beryllium alloy that carries the piston rings, the
But shaft part in which the hot hardness and the thermal conductivity are lower
Play role to be made of gray cast iron or sheet steel. That is how you get to one
Construction in which a piston head made of light metal is formed by an annular, with the
Piston ring grooved jacket is surrounded by beryllium bronze, the latter
carries a shaft part made of iron, the connection of the individual components in
in a manner known per se, but without the difficulties that have arisen up to now,
because between the thermal expansion coefficients of the successive building materials
there is a gradual transition.
In den Abb. i und 2 sind zwei Ausführungsformen von Kolben nach der
im vorstehenden umrissenen Bauweise in Schnitten wiedergegeben. Dabei ist in beiden
Fällen der Kolbenboden i zwecks Verringerung der beschleunigten Massen aus Leichtmetall
hergestellt, wogegen der die Kolbenringe tragende Mantelteil, der in geeigneter
Weise, beispielsweise durch Aufscbrumpfen oder Eingießen, mit dem Kolbenboden fest
verbunden ist, aus einer Kupfer-Beryllium-Legierung mit großer Brinellhärte bei
hohen Temperaturen und guter Wärmeleitfähigkeit ausgeführt ist. Der Kolbenschaft
3 ist zur Erreichung eines guten Verschleißwiderstandes und einer geringen Wärmeausdehnung
bei diesem auf gleitende Reibung stark beanspruchten Kolbenteil aus Eisen ausgeführt
und mit dem Kolbenboden im Falle der Abb, i durch Schrauben bzw. Nieten 4, im Falle
der Abb. 2 aber durch in den Mantelteil 2 eingegossene Rippen 5 verbunden.In Figs. I and 2 are two embodiments of pistons according to the
reproduced in sections in the construction outlined above. It is in both
Cases of the piston crown i in order to reduce the accelerated masses from light metal
produced, whereas the jacket part carrying the piston rings, which is in suitable
Way, for example by shrinking on or pouring into the piston head
is made of a copper-beryllium alloy with great Brinell hardness
high temperatures and good thermal conductivity. The piston skirt
3 is to achieve good wear resistance and low thermal expansion
in this piston part, which is heavily stressed by sliding friction, is made of iron
and with the piston head in the case of Fig. i by screws or rivets 4, in the case of
2 but connected by ribs 5 cast into the casing part 2.
Als besonders geeignet haben sich binäre Legierungen des Kupfers mit
bis zu 5 °/o, vorzugsweise etwa 2,5 °/o Beryllium erwiesen, deren Warmhärte sich
bei 35o° noch auf etwa 200° Brinell beläuft. Eine höhere Verschleißfestigkeit bei
gleicher Warmhärte wird bei der Verwendung von gewissen vergütbaren Legierungen
des Kupfers mit Beryllium und Mangan, beispielsweise 1,5 °/a Berylliurn und 3 °%
Mangan, erreicht.Binary alloys of copper have proven to be particularly suitable
up to 5%, preferably about 2.5% beryllium, the hot hardness of which has proven itself
at 35o ° still amounts to about 200 ° Brinell. A higher wear resistance at
The same hot hardness is achieved when using certain heat treatable alloys
of copper with beryllium and manganese, for example 1.5% / a beryllium and 3%
Manganese, achieved.