Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen Zum Ausgleich der erhöhten
Wärmeausdehnung von Leichtmetallkolben sind eine Reihe von Kolbenbauarten vorgeschlagen,
durchweiche die Wärmeausdehnung des Baustoffs herabgesetzt bzw. ausgeglichen werden
soll. So wurde versucht, durch Trennung von Kolbenkopf und Kolbenschaft und gleichzeitige
Verwendung von Aluminium für den Kolbenkopf bzw. Schwermetall für den Kolbenschaft
die Schwierigkeiten zu umgehen. Dabei entstanden jedoch neue Nachteile aus der Verbindung
dieser beiden verschiedenartigen Metalle. Auch das Eingießen von Stahlstreifen mit
geringer Wärmeausdehnung in den Kolbenschaft befriedigt noch nicht allgemein. Man
hat weiter versucht, den tragenden Kolbenschaftteil durch Querschlitze von der unmittelbaren
Verbindung mit dem Kolbenkopf zu trennen und lediglich durch rippenartige Versteifungen
mit den Kolbenbolzenaugen zu verbinden. Dabei wird die größere Temperaturdehnung
des Kolbenkopfes dazu benutzt, das Kolbenhemd in Richtung des Kolbenbolzens auszudehnen,
um so den gegenseitigen Abstand der tragenden Kolbenschaftteile bei allen Betriebstemperaturen
annähernd konstant zu halten. So wurde vorgeschlagen, den Kolbenschaft nur noch
aus den Gleitschuhflächen bestehen zu lassen. Hierbei ist allerdings wiederum die
Verbindung der - Gleitschuhflächen mit den Kolbenbolzenaugen nur durch eine schmale
Rippe sichergestellt, während oberhalb der Kolbenbolzenaugen die Gleitschuhflächen
bis unter die Kolbenbolzenaugen erweitert und hier nur noch durch einen Schlitz
voneinander getrennt sind. Diese Bauart ergibt unvermeidlich starke Durchbrechungen
des Kolbenhemdes, so daß nach verhältnismäßig kurzer Betriebszeit ein hoher Ölverbrauch
entsteht. Die Ausbildung eines Gleitschuhkolbens erfolgte auch bereits in der Weise,
daß an den beiden Druckseiten des Kolbens besondere Gleitstücke nachstellbar und
auswechselbar angeschraubt wurden. Es ist weiterhin der Vorschlag gemacht, die Kolbenbolzenaugen
nur mit dem Kolbenkopf zu verbinden und im Zusammenhang damit zwei konzentrische
Mantelteile anzuordnen, von denen der innere Ring mit den Kolbenbolzenaugen und
der äußere Ring durch um go° versetzte Verbindungsrippen mit dem inneren Ring verbunden
ist. Derartige Kolben kann man aber nicht als Gleitschuhkolben ansprechen. Insbesondere
läßt sich mit ihnen eine sehr wichtige Forderung nicht erfüllen, das ist ein gewisses
federndes Nachgeben der Druckseiten,
insbesondere an den Auflagestellen,
im Betrieb.Light metal pistons for internal combustion engines To compensate for the increased
Thermal expansion of light metal pistons, a number of piston designs are proposed,
through which the thermal expansion of the building material is reduced or compensated for
target. An attempt was made by separating the piston head and piston skirt and simultaneously
Use of aluminum for the piston head or heavy metal for the piston skirt
to avoid the difficulties. However, new disadvantages arose from the connection
of these two different metals. Also the pouring of steel strips with
low thermal expansion in the piston skirt is not yet generally satisfactory. Man
has tried further to remove the load-bearing piston skirt part from the immediate
Separate connection with the piston head and only by rib-like stiffeners
to connect with the piston pin bosses. The greater temperature expansion
of the piston head used to expand the piston skirt in the direction of the piston pin,
so is the mutual distance between the supporting piston skirt parts at all operating temperatures
to be kept approximately constant. So it was proposed to only use the piston skirt
to consist of the sliding shoe surfaces. Here, however, is again the
Only a narrow connection between the sliding shoe surfaces and the piston pin bosses
Rib ensured, while the sliding shoe surfaces above the piston pin bosses
Expanded to under the piston pin bosses and only through a slot here
are separated from each other. This type of construction inevitably results in strong breakthroughs
of the piston skirt, so that a high oil consumption after a relatively short operating time
arises. The formation of a sliding shoe piston has also already been carried out in such a way that
that on the two pressure sides of the piston special sliding pieces adjustable and
interchangeably screwed on. The suggestion is still made, the piston pin bosses
only to connect with the piston head and in connection with it two concentric
To arrange shell parts, of which the inner ring with the piston pin bosses and
the outer ring is connected to the inner ring by connecting ribs offset by go °
is. Such pistons cannot, however, be referred to as sliding shoe pistons. In particular
if a very important requirement cannot be met with them, that is a certain one
resilient yielding of the printed sides,
especially at the support points,
operational.
Die zur Zeit geltenden Anschauungen über die Bauart von Leichtmetallkolben
erstreben eirr@@ ovale Form des Kolbens, bei der die kleine; Achse mit der Kolbenbolzenachse
zusamm fällt, bei der aber gleichzeitig die Kolbenbolz augen rippenartig mit dem
Kolbenkopf verbunden sind, um im Betrieb sich ausdehnen zu können. Die Folge einer
solchen Ausdehnung ist ein gewisses Zurückfedern der in der größeren Achse des Ovals
liegenden tragenden Mantelteile. Auf diese Weise wird eine dem hohen Ausdehnungskoeffizienten
der Aluminiumlegierungen entsprechende Ausdehnung des Kolbens im Betrieb bei höheren
Temperaturen vermieden. Es wird aber gleichzeitig das Bestreben sein müssen, trotz
der durch diese Spannungen entstehenden Verzerrung des Kolbenumfangs ein möglichst
kreisförmiges, dem Zylinderspiegel entsprechendes Segment als tragendes Gleitstück
beizubehalten. Man hat versucht, die Lösung dieses Problems auch durch einfache
Schlitze zu erreichen, welche die gleitenden Mantelteile von den übrigen abtrennen.
Hierbei wird jedoch gerade auch die. Zurückfederung der Druckseiten durch das Wachsen
der Kolbenbolzenachse verhindert.The currently valid views about the design of light metal pistons
strive for eirr @@ oval shape of the piston, in which the small; Axis with the piston pin axis
coincides, but at the same time the piston pin is rib-like with the
Piston head are connected in order to be able to expand during operation. The consequence of a
such expansion is a certain springing back in the larger axis of the oval
lying load-bearing jacket parts. In this way one gets the high coefficient of expansion
of the aluminum alloys corresponding expansion of the piston during operation at higher
Temperatures avoided. But at the same time it will have to be an endeavor, in spite of it
the distortion of the piston circumference resulting from these stresses
circular segment corresponding to the cylinder mirror as a supporting slider
to maintain. Attempts have been made to solve this problem also by simple
To achieve slots that separate the sliding shell parts from the rest.
However, this is also where the. Spring back of the printed pages as a result of the growth
prevents the piston pin axis.
Gegenstand der Erfindung ist nun eine Verbesserung derartiger Gleitschuhkolben,
bei denen besondere Gleitstücke auf den Druckseiten vorgesehen sind. Zu diesem Zweck
wird zunächst in an sich bekannter Weise das Kolbenhemd vom Kolbenkopf durch waagerecht
verlaufende Querschlitze auf dem überwiegenden Teil des Umfangs getrennt, um den
Wärmeübergang vom Kolbenkopf auf die Gleitschuhe weitgehend zu unterbinden. Es wird
dann weiterhin das Kolbenbolzenlager sowohl mit dem Kolbenkopf durch Rippen wie
auch mit dem Kolbenhemd fest verbunden. Im übrigen wird aber das Kolbenhemd völlig
in sich geschlossen ausgebildet. Das Neuartige der Bauart liegt nun darin, daß das
in sich geschlossene Kolbenhemd an den die Gleitschuhe tragenden Seiten nicht der
Kreisform der Zylinderbohrung folgt, sondern zur Aufnahme der Gleitstücke gegenüber
der Zylinderbohrung eingezogen ist. In der vorzugsweisen Ausführungsform bildet
das Kolbenhemd hier also eine Art Sehne. Auf diese Sehne ist dann das eigentliche
Gleitstück, welches einen der Zylinderbohrung entsprechenden kreisbogenförmigen
Umfang besitzt, angesetzt und mit dem Kolbenhemd lediglich durch eine schmale Rippe
verbunden. -In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise dargestellt.The subject of the invention is now an improvement of such sliding shoe pistons,
where special sliders are provided on the printed sides. To this end
is first in a known manner, the piston skirt from the piston head through horizontally
running transverse slots separated on the major part of the circumference, around the
To largely prevent heat transfer from the piston head to the sliding blocks. It will
then continue the piston pin bearing to both the piston head by ribs like
also firmly attached to the piston skirt. Otherwise, however, the piston skirt is completely
closed in itself. The novelty of the design lies in the fact that the
self-contained piston skirt on the sides carrying the sliding shoes not the
Circular shape of the cylinder bore follows, but to accommodate the sliders opposite
the cylinder bore is drawn in. In the preferred embodiment forms
the piston skirt is a kind of tendon here. On this tendon is then the real thing
Slider, which has a circular arc-shaped corresponding to the cylinder bore
Has circumference, attached and with the piston skirt only through a narrow rib
tied together. -In the drawing, the invention is shown as an example.
Dabei zeigt Abb. i einen Kolben im Längsschnitt, Abb. 2 den gleichen
Kolben im Querschnitt nach der Schnittlinie B-B der Abb. i. Der Kolbenkopf = ist,
wie üblich, durch den Querschlitz z auf nahezu den ganzen Umfang von dem tragenden
Kolbenschaftteil 3 getrennt. Iediglich die Rippen q. ergeben die Verbindung '2v#ischen
Kolbenbolzenaugen 5 und Kolben-"-.,:An die Rippen ¢ ist nun der nachgiebig ausgebildete
Kolbenschaft 6 angesetzt, der gegenüberliegende Einbuchtungen besitzt. An diesen
Stellen sind dann durch schmale Rippen 8 die gleitschuhartig ausgebildeten Tragflächen
7 angesetzt.Fig. I shows a piston in longitudinal section, Fig. 2 the same
Piston in cross section according to section line B-B of Fig. I. The piston head = is
as usual, through the transverse slot z to almost the entire circumference of the load-bearing
Piston skirt part 3 separated. Only the ribs q. result in the connection '2v # ischen
Piston pin bosses 5 and pistons - "-.,: The flexible rib is now attached to the ribs ¢
Piston skirt 6 attached, which has opposite indentations. On these
The slipper-like wing surfaces are then made by narrow ribs 8
7 set.
Diese Bauart des Kolbens ermöglicht es, in bekannter Weise die größere
Temperaturdehnung des Kolbenkopfes in Richtung des Kolbenbolzens auf den etwas kälteren
Teil des Kolbenhemdes zu übertragen und diesen in Richtung des Kolbenbolzens zu
dehnen, so daß die Gleitschuhflächen auch bei höheren Betriebstemperaturen den gleichen
Abstand behalten können. Der Kolbenschaft selbst ist aber dabei völlig glattschaftig,
zeigt keine Schlitze gegen den Zylindermantel und unterstützt den Gleitschuh auf
nahezu der ganzen Länge. Der Gleitschuh sitzt auf dem, Kolbenschaft vielmehr wie
auf einer Art federnder Unterlage, so daß er im Betriebe immer etwas einwärts ausweichen
kann, sobald die Ausdehnung in der Wärme eine engere Anlagerung an den Zylinder
bewirken will. Dieses Federn wird gerade durch die schmale rippenartige Verbindung
möglich, während im übrigen die so entstehenden schmalen eingeschnittenen Nuten
den nötigen Spielraum für den Gleitschuh abgeben. Diese Nuten können entweder schon
im rohen Kolben vorgegossen, noch besser aber durch Einfräsen hergestellt werden.
Die vollständig geschlossene Form des Kolbenhemdes schließt andererseits das Kolbeninnere
dicht gegen den Zylinderspiegel ab, so daß der Ölverbrauch sparsam bleibt. Der besondere
Vorteil der neuen Kolbenbauart besteht in der Möglichkeit, das Einbauspiel des Kolbens
in kaltem Zustand erheblich zu verringern. Beispielsweise sei erwähnt, daß ein Kolben
aus einer Aluminium-Silicium-Legierung mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von
etwa 21 X =o-1, für den bei Kolben von etwa =o cm Durchmesser üblicherweise ein
Einbauspiel von o,io bis o,=5 mm erforderlich war, bei Ausführung gemäß Erfindung
mit einem Einbauspiel von nur 0,03 mm ohne Schwierigkeit auch einen Dauerbetrieb
ausgehalten hat.This type of piston makes it possible, in a known manner, to transfer the greater thermal expansion of the piston head in the direction of the piston pin to the somewhat colder part of the piston skirt and to stretch it in the direction of the piston pin so that the sliding shoe surfaces can keep the same distance even at higher operating temperatures . The piston skirt itself is completely smooth, shows no slits against the cylinder jacket and supports the sliding shoe over almost its entire length. The sliding shoe sits on the piston shaft rather like on a kind of resilient pad, so that it can always move inwards a little while in operation as soon as the expansion in the warmth wants to bring about a closer attachment to the cylinder. This springing is made possible precisely by the narrow, rib-like connection, while the resulting narrow incised grooves also provide the necessary clearance for the sliding shoe. These grooves can either be pre-cast in the raw piston or, even better, made by milling. The completely closed shape of the piston skirt, on the other hand, seals the inside of the piston tightly against the cylinder mirror, so that oil consumption remains economical. The particular advantage of the new piston design is the possibility of considerably reducing the installation clearance of the piston when it is cold. For example, it should be mentioned that a piston made of an aluminum-silicon alloy with a coefficient of thermal expansion of about 21 X = o-1, for which an installation clearance of 0.1 to 0.05 mm is usually required for pistons with a diameter of about = 0 cm was, in the embodiment according to the invention with an installation clearance of only 0.03 mm has withstood continuous operation without difficulty.