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Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen Vorliegende Erfindung betrifft
einen Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen mit vom Kolbenkopf getrenntem Mantel,
dessen Hälften unterhalb der Bolzenaugen durch Schlitze getrennt und durch die Bolzenaugen
tragende Verbindungsstege mit dem Kolbenkopf verbunden sind. Bei den bisher bekannten
Kolben dieser Art sind außer den Verbindungssteg en noch Versteifungen vorgesehen,
die aus einem Baustoff von kleinerem Ausdehnungskoeffizienten als dem der Verbindungsstege
.bzw. des Kolbens bestehen. Derartige Kolben weisen verschiedene Nachteile auf.
Sie bilden ein starres Ganzes, bei welchem die durch den Baustoff des Kolbens (Leichtmetallegierung)
bedingten großen Dehnungen der Kolbenteile, insbesondere des Kolbenmantels, auf
umständliche und zudem in unzureichender Weise durch die Versteifungen aufgehoben
werden. Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Kolben ist deren verwickelte Bauart.
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Vorliegende Erfindung bezweckt, einen Kolben der eingangs erwähnten
Bauart zu schaffen, der große Festigkeit besitzt, in einfacher Weise durch Gießen
herstellbar ist und dessen Mantel in so weitgehendem Maße federnde Wirkung besitzt,
daß er allen durch den Baustoff des Kolbens bedingten Ausdehnungen folgen kann.
Der Erfindung gemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Verbindungsstege sich kreuzend
angeordnet sind und jeder Steg einseitig an einer Mantelhälfte im wesentlichen unterhalb
der Bolzenaugen angreift.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Kolbens gemäß der
Erfindung veranschaulicht. Fig. i zeigt schematisch in schaubildlicher Ansicht das
- den Kolben zugrunde liegende Prinzip. In Fig.2 ist der Kolben in Seitenansicht
dargestellt. Fig.3 veranschaulicht einen Schnitt nach Linie III-III der Fig. 2.
Fig. q. ist ein Längsschnitt nach Linie IV-IV der Fig. 3. In den Fig. 5 und 6 sind
Ouerschnitte nach den Linien V-V bzw. VI-VI der Fig. i dargestellt.
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i ist der Kopf des Kolbens, der in seinem zylindrischen Teil 2 mit
Nuten 3 für die Kolbenringe ausgestattet ist. Der Kolbenkopf i ist vom Mantel des
Kolbens durch Einschnitte 9 getrennt. Unterhalb der Bolzenargen 5 sind Schlitze
io vorgesehen, welche den Kolbenmantel 'in zwei Hälften i i, 12 trennen.
Die Mantelhälften i i, 12 sind durch die Bolzenaugen 5 tragende Verbindungsstege
.4 mit dem Kolbenkopf i verbunden.
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Die Verbindungsstege 4. nehmen der Erfindung gemäß eine sich kreuzende
Lage ein; sie sind derart in bezug zu der durch die Bolzenaugen 5 gelegten Kolbenaxialebene
E-E angeordnet, daß die Angriffsstellen 2o, 21 der Stege 4 am Kolbenkopf i und die
Angriffsstellen
22, 23 der Stege 4 an den Mantelteilen 1i, 12 wechsel'eitig
äri verschiedenen Seiten der Kolbenaxialebene E-E liegen. Die sich kreuzenden Achsen
A-A und B-B der Stege 4. schließen mit der Kolbenaxialebene E-E je einten Winkel
a ein. Der Kreuzungswinkel der beiden Stegachsen A-A und B-B beträgt demnach 2 a.
Jeder Steg 4 greift somit im wesentlichen unterhalb der Bolzenaugen 5 an einer Mantelhälfte
io, ii an.
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Die Trennschlitze io können entweder parallel zur Kolbenaxialebene
5 oder im Winkel zu dieser angeordnet sein. Bei dem gezeichneten Ausführungsbeispiel
sind die Trennschlitze unter dem Winkel ,B geneigt zur Kolbenaxialebene E-E angeordnet,
und zwar bezogen auf die Ebene E-E nach entgegengesetzten Richtungen, wie die neben
den Trennschlitzen befindlichen Stege Um starre und dabei doch leichte Verbindungsstege
¢ zu erhalten, sind diese durch Versteifungsmittel, bei vorliegendem Ausführungsbeispiel
durch Versteifungsrippen 7, 8, versteift. Die paarweise angeordneten Versteifungsrippen
7 greifen tief in den Kolbenkopf i ein. Die Versteifungsrippe 8 verläuft in der
Mitte des unteren Teiles des Verbindungssteges 4.
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Um den Grad der Federung der Mantelteile 1i, 12 entsprechend den an
den Kolben gestellten Anforderungen zu beeinflussen, können geeignete, die Mantelteile
versteifende Mittel vorgesehen sein. Eine Möglichkeit einer solchen Versteifung
der Mantelteile i i, i2 besteht in der Vorsehung von Rippen 13, welche von
den unteren Enden der Verbindungsstege 4 ausgehen und sich über den Umfang des Kolbenmantels
oder über Teile desselben erstrecken. Die Rippen 13 können entweder horizontal verlaufen
oder sich in Spiralform von den Stegen 4 ausgehend gegen den unteren Rand des Kolbenmantels
zu erstrecken. Insbesondere die Versteifung der Mantelhälften durch spiralförmig
geführte Rippen gewährleistet, wie Versuche bestätigt haben, besondere Vorteile
hinsichtlich der Elastizität des Kolbenmantels und überdies die sichere Ausschaltung
der Gefahr der Ermüdung des Materials.
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Eine andere geeignete Ausbildung der Versteifung der Kolbenmantelteile
i i, 12 besteht in der Vorsehung von federnden Schlössern, welche die Mantelhälften
im Bereiche der Schlitze io verbinden.
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Der vorstehend beschriebene Leichtmetallkolben entspricht allen Anforderungen,
die der Betrieb von Brennkraftmaschinen an eine einwandfreie Kolbenkonstruktion
stellt. Die Wärme des Kolbenbodens wird durch einen genügend .großen Querschnitt
der Stege 4 über die Bolzenaugen 5 zu den unteren Teilen der Mantelhälften geleitet,
von wo aus die Wärme erst in die oberen Teile der Mantelhälften gelangt. Auf diesem
langen Wege wird der Wärmefluß einerseits durch die Kühlwirkung des Öles, welches
die Stege und die Bolzenaugen umspritzt, abgeschwächt, andererseits wird eine gute
Ableitung der Wärme durch die Zylinderwand sichergestellt. Man erzielt auch hierdurch
eine annähernd gleichmäßige, niedrige Erwärmung des Kolbenmantels und demzufolge
eine verhältnismäßig kleine Dehnung auf der ganzen Höhe des Kolbens. Durch den einseitigen
Angriff der Verbindungsstege 4 an die Mantelhälften i i, i2 im Verein mit der kreuzweisen
Anordnung der Verbindungsstege werden die starren Teile des Kolbenmantels in die
Nähe der Kolbenaxialebene E-E gebracht, also von der Stelle der größten Gefahr des
Einreibens oder -Fressens soweit wie möglich abgerückt. Dadurch, daß sich diametral
gegenüber den steifen Stellen des Mantels die nachgiebigsten Stellen desselben befinden,
wird neben guter Federung eine Verteilung der Federung auf den ganzen Umfang des
Mantels erzielt und eine Verschiebung oder Verdrehung des Kolbenzap#fens aus seiner
zentrischen Lage wirksam verhindert.
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Der vorstehend beschriebene und in der Zeichnung dargestellte Kolben
stellt nur eines der möglichen Ausführungsbeispiele der Erfindung dar. Der Kolben
und seine Einzelheiten können im Rahmen der dargelegten Erfindung auch geändert
werden.