DE611383C - Leichtmetallkolben fuer Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Es ist allgemein bekannt, daß die Abnutzung von Kolben in Brennkraftmaschinen bei den obersten Kolbenringen am größten ist. Dies ist in der Hauptsache darauf zurückzuführen, daß die Betriebstemperatur der obersten Ringe größer ist und gleichzeitig auch die Gasdrücke an dieser Stelle am höchsten sind. Man hat zu diesem Zweck versucht, eiserne Ringträger zu verwenden, um die auftretenden Beanspruchungen aufzufangen. Es ergaben sich jedoch Schwierigkeiten bei der Verbindung zwischen Leichtmetall und Schwermetall, da die Wärmeausdehnungskoeffizienten ziemlich verschieden waren. Selbst durch die Einführung von Speziallegierungen mit hohem Wärmeausdehnungskoeffizienten als Ringträger und Auswahl von Werkstoffen mit relativ niederen Ausdehnungzahlen für den Kolben ist das Problem noch nicht restlos gelöst, da immer noch die hohen Temperaturen, die gerade die oberen Kolbenringe haben, den Schmierzustand nachteilig beeinflussen. Gerade an dieser Stelle bleibt daher nach wie vor der Verschleiß am höchsten. Dies betrifft in besonders hohem Maße auch den Zylinderlaufspiegel, und es ist allgemein bekannt, daß gerade der von den obersten Ringen bestrichene Teil des Zylinderlaufspiegels im praktischen Betrieb am stärksten abgenutzt wird. Während bisher also zur Lösung des Verschleißproblems nur der Weg beschnitten wurde, den Widerstand des Materials zu erhöhen, soll gemäß der Erfindung ein neues Lösungsprinzip angewandt werden, indem man die Ursachen des größeren Verschleißes behebt. Da diese Ursachen im wesentlichen in der hohen 35* Betriebstemperatur begründet sind, wird gemäß der Erfindung der Ringträger allseitig gegen den Wärmezufluß vom Kolben her durch; eine isolierende Schicht geschützt. Auf diese Weise wird erreicht, daß gerade die von den Verbrennungsgasen am stärksten belasteten obersten Kolbenringe im Betrieb wohl mit einem guten Wärmekontakt an die gekühlte Zylinderwand anliegen, aber gegenüber dem Kolbenkörper der Wärmezutritt behindert wird, so daß wesentlich günstigere Schmierzustände am obersten Kolbenring herrschen. Man hat zwar schon vorgeschlagen, Ringträger durch Verschraubung auf dem Kolbenschaft zu befestigen und dabei einen Luftspalt zwischen Kolbenschaft und Ringträger zu belassen. Dabei wurde jedoch der Kolbenringträger zu einem großen Teil seiner Oberfläche vom Material des Kolbenbodens umfaßt, ohne daß gerade an dieser Stelle des stärksten Wärmeübergangs gleichfalls eine Isolierung vorgesehen war. Bei dieser bekannten Konstruktion wurde daher der Wärmeabfluß vom heißen Kolbenboden her an die Ringe nicht in ausreichendem Maße gehemmt. Es konnten daher auch nicht die Vorteile kühler bleibender Ringe ausgenutzt werden.

*} Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Wilhelm Krämer in Neckar sühn.

In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung^ bildlich dargestellt. Die Zeichnung gibt dabei einen Teil des Kolbens im Schnitt wieder. Hierbei ist ι der Kolbenkörper und 2 ein Ringträger. Die schwarz ausgezogene Zwischenschicht 3 stellt eine Isolierschicht zwischen Ringträger und Kolben dar.

Das Kühlhalten der Kolbenringe wirkt sich praktisch so günstig aus, daß man den Ringträger nicht mehr aus dem an sich wesentlich schwereren und teuereren Nickelgußeisen herzustellen braucht, sondern an seiner Stelle auch Leichtmetall verwenden kann. So ist es möglich, einen Ringträger aus Aluminium-Silicium-Legierung mit hohem Verschleißwiderstand, z. B. eine Legierung mit 20 °/₀ Silicium, etwa 4% Schwermetallen und bis 1% Magnesium, Rest Aluminium, für diesen Zweck zu gebrauchen. Es ergibt sich aber auch die Möglichkeit, den Ringträger aus genau dem gleichen Werkstoff wie den Kolben selbst herzustellen. Die Isolierung kann z. B. durch Auftragen einer isolierenden Masse hergestellt werden. Bei Verwendung von Aluminium-Silicium-Legierungen kann diese Isolierung auch durch chemische Umwandlung der Oberfläche selbst auf dem Wege der Oxydation erzeugt werden. Die Oxydation der Oberfläche von Leichtmetallen ist an sich bekannt und in der Technik in verschiedenen Richtungen schon ausgenutzt. Im vorliegenden Fall handelt es sich um einen Spezialzweck bei der Zusammenstellung eines Ringträgers aus Aluminium-Silicium-Legierungen und einem Kolben, der ebenfalls aus Leicht

metall hergestellt ist. Da derartige Ringträger 35 bisher überhaupt nicht bekannt waren, ist auch die Anwendung der Oberflächenoxydation für diesen spezialen Zweck neu. Diese Oberflächenoxydation erfolgt in gewissem Umfang gewöhnlich schon von selbst, besonders wenn die Ring- 40 träger eine gewisse Zeit an der Luft gelegen haben, weil Aluminium an der Luft sehr leicht' oxydiert und sich dabei mit einer festhaftenden Oxydschicht überzieht. Im Bedarfsfall kann diese natürliche Oxydation aber auch 45 durch besondere Verfahren künstlich verstärkt werden.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen mit Kolbenringträger, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringträger (2) allseitig gegen den Wärmezufluß vom Kolben her durch eine isolierende Schicht (3) geschützt wird.

2. Leichtmetallkolben gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringträger aus einer Aluminium-Silicium-Legierungmit höherem Verschleißwiderstand, z. B. einer Aluminiumlegierung mit 2O°/₀ Silicium, etwa 4% Schwermetallen und bis i°/₀ Magnesium, hergestellt ist.

3. Leichtmetallkolben gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Schicht durch eine zur Oberflächenbehandlung von Leichtmetall an sich bekannte Oxydation der Oberfläche des Ringträgers erzeugt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen