-
Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen Es sind Leichtmetallkolben
bekannt, bei welchen sich im Kolbenkopf verankerte Hartmetalleinlagen in durch Schlitze
vom Kolbenkörper abgetrennte Mantelgleitstücke erstrecken. Bei derartigen Kolben
ist zumeist auch die Maßnahme getroffen, den Kolbenkopf durch Querschlitze völlig
vom Mantelschaft zu trennen, so daß als Verbindungsteile lediglich die Hartmetalleinlagen
verbleiben.
-
Diese bekannten Ausführungen von Brennkraftmaschinenkolben mit Hartmetalleinlagen
haben zum Ziele, den Kolben möglichst elastisch und gegenüber der Zylinderwandung
anpassungsfähig zu machen. Eine besondere Ausführungsform sieht vor, die Hartmetalleinlagen
als U-förmige Bügel zu gestalten, deren Schenkel in die durch Schlitze vom Kolbenkörper
getrennten Mantelgleitstücke eingegossen sind. Auf diese Weise sollen durch den
U-förmigen Bügel, der übrigens an den Übergangsstellen vom Kolbenkopf in die Mantelgleitstücke
verstärkt ist, die Mantelgleitflächen federnd gegen die Zylinderwandung gehalten
werden. Dabei wählt man beide Werkstoffe so, daß sie annähernd gleiche Wärmedehnungsziffern
erhalten.
-
Gegenüber diesen bekannten Kolbenausführungen unterscheidet sich der
erfindungsgemäße Brennkraftmaschinenkolben dadurch, daß Längsstreifen aus Hartmetall
an der Innenseite des unteren Mantelteiles freiliegend angefügt sind und mit Tragflächen,
die in ihrer Biegungsebene mit dem Kolbenmantel ganz oder teilweise verbunden sind,
an sich bekannte Bimetallkörper bilden, während von
den Streifen
ausgehende Ansätze im oberen Mantelteil allseitig eingegossen sind und gegebenenfalls
mit Ringträgern, Bodenplatten oder Kantenringen in Verbindung stehen.
-
DieHartmetalleinlagen können zumZwecke der Gewichtsersparnis als Gerippe
gestaltet werden, die sich aus mehreren Längs- und Querstreifen zusammensetzen und
vorzugsweise nur auf der druckentlasteten Kolbenseite angeordnet sind.
-
Nun sind schon mit durch Schlitzung geschaffenen, biegbaren Manteltragflächen
plattenförmige Stahleinlagen vernietet worden, um durch die sich ergebende bimetallische
Wirkung ein besseres Einpassen des Kolbens zu ermöglichen. Diesen bekannten Ausführungen
gegenüber bringt die vorliegende Erfindung den wesentlichen Vorteil, daß die Hartmetalleinlagen
federnd im Kolbenkopf abgestützt werden, so daß im Betriebszustand nicht nur durch
die bimetallische Wirkung eine sich in peripherer Richtung äußernde und den Wärmedehnungsunterschied
des Kolbens gegenüber dem Zylinder ausgleichende Verformung der Manteltragflächen,
sondern auch eine fedrige Anpassung in radialer Richtung erzielt wird.
-
Im Gegensatz zu jenen Hartmetalleinlagen, die vom Kolbenwerkstoff
völlig umschlossen werden, wird es bei der erfindungsgemäßen Kolbenausführung ermöglicht,
mit verhältnismäßig geringen und durchweg gleichmäßigen Wandstärken auszukommen.
-
Es ist möglich, sowbhl Kolben, die oberhalb der Bolzennaben eine mehr
oder weniger breite stegartige Verbindung mit dem Kolbenkopf aufweisen, als auch
Kolben mit durchgehenden Querschlitzen, bei welchen also die Verbindung mit dem
Kolbenkopf durch von den Bolzennabenenden ausgehenden Stegen erfolgt, erfindungsgemäß
auszustatten. Die Mantelschlitze und die fedrig verankerten Hartmetalleinlagen können
den Eigenarten einzelner Kolbengestaltungen entsprechend angeordnet sein. Hieraus
ergibt sich, daß die Stelle der federnden Biegung der Mantelgleitstücke sowohl längs
als auch quer verlaufend vorgesehen werden kann.
-
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
dargestellt.
-
Abb. i zeigt einen Kolben mit plattenartigen Hartmetalleinlagen in
Seitenansicht. Abb. 2 ist der Längsschnitt eines Kolbens mit solchen Hartmetalleinlagen.
-
Abb.3 ist ein Grundrißschnitt nach Linie I-I der Abb. i.
-
Abb.4 veranschaulicht im Längsschnitt eines Motorkolbens die Verbindung
der bimetallischen Hartmetalleinlage mit Ringträger und Bodenplatte. -
Abb.
5 zeigt eine bimetallische Hartmetalleinlage in Gerippeform in Verbindung mit einer
Kantenbewehrung.
-
Abb.6 veranschaulicht schaubildlich das als bimetallische Einlage
vorgesehene Hartmetallgerippe für sich.
-
Abb. 7 stellt einen Kolben in Seitenansicht dar, bei welchem die zu
einem Bimetallkörper gestaltete Manteltragfläche in einer Querebene mit dem Kolbenkörper
verbunden bleibt.
-
Abb.8 zeigt die Seitenansicht eines Kolbens, bei welchem die Verbindung
der bimetallischen Manteltragfläche mit dem Kolbenkörper in einer Längsebene liegt.
-
Der Kolben i erhält durch Längsschlitze 2, gegebenenfalls in Verbindung
mit Querschlitzen 3, Mantelgleitstücke 4, die im Bereich der Biegungszone 5 mit
dem Kolbenkörper verbunden bleiben. Im Kolbenkopf 6 eingegossene Hartmetalleinlagen
7 erstrecken sich über die Mantelgleitstücke 4. und sind mit diesen derartig verbunden,
daß eine ihrer Flächen an der Innenseite des unteren Mantelteils freiliegt, so daß
die Einlagen mit den Mantelgleitstücken an sich bekannte bimetallische Körper bilden.
Vorteilhafterweise finden gerippeartige Hartmetalleinlagen Verwendung, die aus einem
mittleren oder einem seitlichen Längsstreifen 8 und mit diesen zusammenhängenden
und winklig zu ihnen verlaufenden Querstreifen 9 bestehen (Abb. 6 bis 8). In bekannter
Weise können die Hartrnetalleinlagen zum Zwecke der besseren Verankerung im Kolbenkörper
mit Bohrungen io, gegebenenfalls mit zweckmäßigerweise schwalbenschwanzförmigen
Vorsprüngen i i versehen sein. Ihr im Kolbenkopf verankerter allseitig eingegossenerTeil
kann mitkingträgern 12, Bodenplatten 13 bzw. Kantenbewehrungen 14 zusammenhängen.
-
Unter dem Einfluß der Betriebswärme krümmen sich die bimetallisch
gestalteten Manteltragflächen derart nach innen, daß dadurch die Dehnungsverformung
des Kolbenkörpers ausgeglichen wird. Die im Kolbenboden verankerten Hartmetalleinlagen,
die in der Biegungszone 5 eine stützende Überbrückung zwischen dem Kolbenkörper
und den bimetallischen Gleitflächen bilden, verhindern ein Erlahmen der Biegungsfestigkeit
des Kolbenwerkstoffes an dieser auch durch die Seitendrücke stark beanspruchten
Stelle.
-
Die Bemessung der Wandstärke des Kolbenmantels und der Hartmetallstreifen
kann so erfolgen, daß die insgesamt durch die Bimetallwirkung erwünschte Ausgleichung
der Dehnungsverformung des Kolbenkörpers auf einer Kolbenseite allein erreicht werden
kann. Vorzugsweise werden die Hartmetalleinlagen dann nur auf der druckentlasteten
Seite des Kolbens vorgesehen.