DE603581C

DE603581C - Kolben fuer Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE603581C
Application number: DES107730D
Authority: DE
Original assignee: RICHARD SPRYSS
Current assignee: RICHARD SPRYSS
Priority date: 1932-12-31
Filing date: 1932-12-31
Publication date: 1934-10-04

Description

Kolben für Brennkraftmaschinen Es ist bereits bekannt, Kolben für Brennkraftmaschinen aus Teilen von verschiedenem Werkstoff zusammenzusetzen, die mittels des Kolbenbolzens oder Verschraubungen verbunden sind. Mechanische Verbindungen wie auch Schraub- oder Bajonettverschlüsse oder solche, die eine Zentrierung über federnde Hilfsmittel bewirken sollen, sind mangelhaft und praktisch unbrauchbar, da sie den Kolbenkörper beschweren und sich durch die Wärmeeinflüsse im Zylinder lösen. Geschlitzte Kolben können für Zweitaktmotoren nicht verwendet werden.
Im. folgenden wird,ein Kolben beschrieben, welcher aus zwei Teilen zusammengesetzt ist, die in an sich bekannter Weise durch -den Kolbenbolzenzusammengehaltenwerden.Durch eine besondere gegenseitige Zentrierung mittels einer an sich bekannten kegeligen Fläche wird erreicht, daß sich die Teile gegeneinander frei ausdehnen können und bei jedem Wärmezustand des Kolbens genau zentriert bleiben. Erfindungsgemäß liegt die Spitze der Kegelfläche im Schnittpunkt der Kolbenachse mit der Kolbenbolzenachse, und der Scheitelwinkel ist so bemessen, daß die radiale Ausdehnung des Kolbens die senkrechte Ausdehnung des Kolbenoberteils ausgleicht.
Der Kolben ist in der Zeichnung Abb. i bis 5 dargestellt, und zwar sind Abb. i und 2 senkrechte Schnitte; Abb. 3 ist ein Querschnitt; Abb. q. und 5 zeigen Einzelheiten.
Der Kolben besteht aus dem aus Leichtmetall gegossenen kolbenringtragenden Oberteil a (Abb. i bis 3) und aus dem aus Stahl oder anderem geeigneten Werkstoff hergestellten Kolbenschaft b. Die Teile a, b werden durch den gemeinsamen Kolbenbolzen c zusammengehalten. Das Oberteil a nimmt den Verbrennungsdruck auf und überträgt diesen auf den Kolbenbolzen c. Der Schaft b dient nur zur Führung des Kolbens und Aufnahme der Gleitbahndrücke.
Um Oberteila und Schaft b bei jedem beliebigen Wärmezustand genau zentriert zu halten, berühren sich beide Teile an der kegeligen Fläche d. Diese Fläche dient dazu, die freie Ausdehnung der Teile a, b zu ermöglichen. Damit dies spannungsfrei geschieht, muß die Fläched meinem bestimmten Winkel a zur Zylinderachse stehen, und zwar hängt dieser Winkel von den Größevearhältnissen des Kolbens und den Wärmeausdeh:-nungskoeffizienten der verwendeten Werkstoffe ab. An einem Beispiel soll der Gang der Errechnung des Winkels gezeigt werden.
Die Basis für die Dehnung ist die Achse des Kolbenbolzens. Der Ausdehnungskoeffizient des Leichtmetalls soll mit 0,000 024 angenommen werden, der des Stahls mit o,ooo 0o6. Angenommen, der mittlere Ab- stand x der Kegelfläche d von der Kolb.enbolzenachse sei 3o mm, so wird erhalten: Der Dehnungswert für das Leichtmetall: 30 # 0,00002q. - 0,000072 und für den Schaft aus Stahl: 30 # 0,000 006 = 0,00o 01H, somit erhält die relative senkrechte Dehnung den Wert: 0,000 072 - O,000 OIH = 0,000 05q., welcher die senkrechte Kathete des Dreiecks darstellt.
Der mittlere Radius y der Kegelfläche d sei mit 40 mm angenommen, so wird erhalten: Der Dehnungswert für das Leichtmetall: q.0 . 0,000 02q. = o,ooo 096 und für den Schaft aus Stahl: q.0 . o,ooo 0o6 --. 0,000 02q., somit erhält die relativ waagerechte Dehnung den Wert: o,ooo 0g6 - 0,000 02q. = 0,000072 , welcher die waagerechte Kathete des Dreiecks darstellt.
Hieraus ergibt sich der Winkel Durch diese Anordnung der Kegelfläche d lvird also bei jedem beliebigen Wärmezustand des Kolbens die freie Ausdehnung und genaue Zentrierung der Teile a, b zueinander erreicht, da die radiale- Ausdehnung des Kolbens die senkrechte Ausdehnung ausgleicht. In Abb. q. und 5 sind die Dehnungsverhältnisse des Kolbens in größerem Maßstabe dargestellt, und zwar in Abb. 4 in kaltem und in Abb.5 in betriebswarmem Zustand. Die kegelige Fläche des Oberteils a schiebt sich mit zunehmender Erwärmung auf die kegelige Fläche des Schaftes b hinauf, ohne sich von dieser abzuheben.
Der Schaft b, aus ;geeignetem hartem Material hergestellt, kann mit geringem Spiel in den Zylinder eingepaßt werden, so daß der Kippweg des Kolbens auf die Dicke des Ölfilms zwischen Kolben und Zylinderwand beschränkt wird und so praktisch zu Null wird. Da der Oberteil a, wie vorstehend beschrie-Den, genau zentrisch geführt wird, so wird der Kippweg dieses Teiles ebenfalls zu Null und damit ein seitliches Schlagen der Kolbenringe in den Nuten vermieden.
Da der Schaftb keine Verbrennungsdrücke aufzunehmen hat und nur zur Führung und Zentrierung des Oberteiles dient, kann der Schaft sehr dünnwandig hergestellt werden, damit dieser den verschiedenen Zylindertemperaturen schnell folgen kann. Dieser Umstand ist für luftgekühlte Motoren wichtig, wenn diese in hocherhitztem Zustande durch Regen usw. plötzliche Abkühlung erfahren. Bei einem dickwandigen Schaft, z. B. bei reinen Leichtmetallkolben, besteht die Gefahr des Festklemmens, da dieser veränderlichen Temperaturen nur langsam folgt.
Damit die Kolbenteile nicht verwechselt werden können, werden diese durch einen Spreizring e, welcher in Aussparungen im Bolzenauge sitzt, zusammengehalten (Abt. i und 3). Gleichzeitig sichert der Spreizring e den eingekerbten Kolbenbolzen c gegen Verschieben.
Nach Abb. i bis 3 ist der Schaft b auf der linken Seite als Gußteil dargestellt, während auf der rechten Seite ein glattes Stahlrohr verwendet wird, dessen kegelige Fläche durch eine Sicke gebildet ist und durch Sicken verstärkt ist. Das Bolzenauge ist in der Weise hergestellt, daß ein vorbereitetes Verstärkungsteil f mit dem Stahlrohr punktverschweißt ist.

Claims

PATENTANSPRÜCÜE: i. Kolben für Brennkraftmaschinen mit einem aus Leichtmetall hergestellten kolbenringtragenden Oberteil und einem aus hartem Werkstoff bestehenden Schaft, welche durch den Kolbenbolzen zusammengehalten werden, dadurch gekennzeichnet, daß Kolbenoberteil (a) und Schaft (b) zueinander mittels einer an sich bekannten Kegelfläche (d) zentriert sind, deren Spitze der Schnittpunkt der Kolbenachse mit der Kolbenbolzenachse ist und deren Scheitelwinkel so bemessen ist, daß die radiale Ausdehnung des Kolbens die senkrechte Ausdehnung des Kolbenoberteils ausgleicht.
2. Kolben nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß Kolbenoberteil und Schaft durch Spreizringe (e) zusammengehalten werden, die in den Aussparungen der Bolzenaugen sitzen.