DE676681C

DE676681C - piston

Info

Publication number: DE676681C
Application number: DEB169461D
Authority: DE
Original assignee: Bohn Aluminum and Brass Corp
Current assignee: Bohn Aluminum and Brass Corp
Priority date: 1933-12-05
Filing date: 1934-12-02
Publication date: 1939-06-09

Description

Kolben Bei Kolben, insbesondere für Explosionsmotoren, die gewöhnlich aus anderem Werkstoff bestehen wie der sie umgebende Zylinder, hat man schon in verschiedenster Weise die Aufgabe zu lösen versucht, die bei Erhitzung des Kolbens und Zylinders sich ergebenden Ausdehnungen möglichst gleich groß zu halten, wobei die Lösung dieser Aufgabe erst eine möglichst vollkommene Abdichtung zwischen Kolben und Zylinder gestattet. Man hat in neuerer Zeit die Lösung in der Weise getroffen, daß man in den Kolben, insbesondere Leichtmetallkolben, Stahlstreifen oder Stahleinlagen eingebaut hat in der verschiedensten .Form, um mit Hilfe dieser die Ausdehnung des Kolbens in der gewünschten Weise zu regeln und damit in Übereinstimmung mit der des Zylinderkörpers zu bringen. Man kennt beispielsweise auch solche Stegverbindungen vom Kolbenboden zu den Bolzennaben und von den Bolzennaben zu den Laufflächen, wobei die Lauffläche, die der Drehrichtung der Kurbelwelle entspricht, druckentlastet und vom Kolbenkopf durch einen Querschlitz getrennt ist.Pistons For pistons, especially for explosion engines, usually consist of a different material than the cylinder surrounding it, one has already seen in tried to solve the problem in various ways, which occurs when the piston is heated and to keep the resulting dimensions of the cylinder as large as possible, with the solution to this problem is a perfect seal between the pistons and cylinders. In recent times the solution has been found in the way that one in the piston, in particular light metal pistons, steel strips or steel inserts has been built in in the most varied of .Form in order to with the help of this the expansion of the To regulate the piston in the desired manner and thus in accordance with the to bring the cylinder body. Such bar connections are also known, for example from the piston crown to the pin bosses and from the pin bosses to the running surfaces, where the running surface, which corresponds to the direction of rotation of the crankshaft, is relieved of pressure and is separated from the piston head by a transverse slot.

Die Erfindung benutzt nun einen Kolben, bei welchem an den Kolbenkopf anschließende Bolzennaben mit zwischen ihnen liegenden Manteltragflächen durch eine Aussparung der Mantelhülse bildende sehnenartige Stege verbunden sind und die druckentlastete Tragfläche vom Kolbenkopf durch einen Querschlitz getrennt ist, und das Neue besteht darin, daß der Mantelquerschnitt im kalten Zustand ein Oval bildet, dessen kurze Achse mit der Bolzenachse gleichlaufend ist, und daß die Stegflächen im Bereiche der unteren Begrenzung der Mantelhülsenaussparung eine sich in Richtung der druckbelasteten Manteltragfläche verbreiternde Durchbrechung aufweisen.The invention now uses a piston in which the piston head subsequent pin hubs with jacket wings lying between them through a Recess of the jacket sleeve forming tendon-like webs are connected and the pressure-relieved The wing is separated from the piston head by a transverse slot, and the new one consists in that the jacket cross-section forms an oval in the cold state, the short one Axis is concurrent with the bolt axis, and that the web surfaces in the area the lower limit of the jacket sleeve recess is in the direction of the pressure-loaded Have jacket wing widening breakthrough.

Eine besondere Ausführungsform ist nach der Erfindung gekennzeichnet dadurch, daß auf den Flächen der Sehnenstege Verstärkungsrippen vorgesehen sind, die zu der durch die Nabenmitten gehenden Vertikalebene schräg, und zwar gegen das offene Kolbenende zu gerichtet verlaufen.A particular embodiment is characterized according to the invention in that reinforcing ribs are provided on the surfaces of the tendon bars, the inclined to the vertical plane going through the hub centers, namely against the open end of the piston run towards directed.

Es ergibt sich also als neu gegenüber dem bekannten Stand der Technik die Vereinigung folgender Merkmale: i. Der Mantelquerschnitt bildet im kalten Zustand ein Oval, dessen kurze Achse mit .der Bolzenachse gleichlaufend ist; a. die Stegflächen im Bereiche der unteren Begrenzung der Mantelhülsenaüssparung weisen eine sich in Richtung der druckbelasteten Manteltragfläche verbreiternde Dürchbrechung auf, so daß lediglich schmale, gegebenenfalls rippenverstärkt. Verbindungen zwischen Naben, Kolbenkopf und druckseitiger Lauffläche verbleiben; 3. die Sehnenstege haben Verstärkungsrippen, die zu der .durch die Nabenmitten geführten Vertikalebene schräg gerichtet verlaufen und dem offenen Kolbenende zu weisen.It thus turns out to be new compared to the known prior art the union of the following features: i. The jacket cross-section forms in the cold state an oval, the short axis of which is concurrent with the bolt axis; a. the bridge surfaces in areas the lower limit of the jacket sleeve recess a breakthrough that widens in the direction of the pressure-loaded jacket wing so that only narrow, possibly reinforced ribs. Connections between The hubs, piston head and pressure-side running surface remain; 3. Have the tendon bars Reinforcing ribs, which are inclined to the vertical plane guided through the hub centers run directed and point to the open end of the piston.

Hierbei bilden die unter 3 genannten Merkmale nur ein zusätzliches Merkmal, das nicht unbedingt notwendig ist, während andererseits schon die Merkmale i und 2 in ihrer Zusammenstellung als neu und technisch wichtig zu gelten haben.The features mentioned under 3 are only an additional one Feature that is not absolutely necessary, while on the other hand already the features i and 2 in their composition are to be regarded as new and technically important.

In den beiliegenden Zeichnungen ist die Erfindung im einzelnen näher beschrieben.The invention is detailed in the accompanying drawings described.

Fig. i ist eine Seitenansicht eines die Erfindung verkörpernden Kolbens.Figure i is a side view of a piston embodying the invention.

Fig. 2 ist ein Teilschnitt nach Linie 2-2 der Fig. 1.FIG. 2 is a partial section along line 2-2 of FIG. 1.

Fig. 3 ist ein Schnitt nach Linie 3-3 der Fig. 1.FIG. 3 is a section along line 3-3 of FIG. 1.

Fig.4 ist ein Schnitt nach Linie 4-4 der Fig. 2.FIG. 4 is a section along line 4-4 of FIG.

Fig. 5 und 6 zeigen schematische Erläuterungen der Wirkung des unteren zylindrischen Ringes des Kolbens.FIGS. 5 and 6 show schematic explanations of the effect of the lower one cylindrical ring of the piston.

Der- Kolben besitzt einen Kopf io mit einem Boden und einer zylindrischen Seitenwandung sowie einen Mantel i i, der Sehnenstege 12; einen unteren zylindrischen Teil 13 und Druckflächen 14 und 15 umfaßt. Die Kolbenbolzennaben 16 werden von den Sehnenstegen 12 getragen und mit dem Kopf durch Pfeilerglieder 17 verbunden.The piston has a head with a bottom and a cylindrical one Side wall and a jacket i i, the tendon webs 12; a lower cylindrical Part 13 and pressure surfaces 14 and 15 includes. The piston pin bosses 16 are of the Tendon bars 12 carried and connected to the head by pillar members 17.

Das obere Ende .der Druckfläche 14 ist von dem Kopf durch einen Schlitz 2o getrennt, und ein Schlitz 21 verläuft zu einem Teil abwärts in der Druckfläche 14. Die Druckfläche 15 besitzt keinen Schlitz und ist mit dem Kopf io verbunden. Die Seitenränder der beiden Druckflächen nähern sich längs gekrümmter Linien nach dem oberen Teil der Druckfläche zu.The upper end of the pressure surface 14 is from the head through a slot 2o separated, and a slot 21 runs in part downwards in the printing surface 14. The pressure surface 15 has no slot and is connected to the head io. The side edges of the two printing surfaces approach along curved lines towards the upper part of the printing area.

Die beiden Sehnenstege 12 besitzen eine etwa L-förmige Öffnung 23, die während des Gießens gebildet wird. Der waagerechte Arm jeder dieser L-förmigen Öffnungen erstreckt sich in horizontaler Richtung etwa von dem Rand größter Breite der Druckfläche 15 bis nahe an die Rippe 22 heran und in vertikaler Richtung vom oberen Rand des ringförmigen Mantelteiles 13 bis an .die Bolzennabe heran, während ihr senkrechter Arm zwischen der Bolzennahe und der Druckfläche 15 verläuft. Die vertikal verlaufenden Arme der L-förmigen Öffnungen 23: erstrecken sich über die durch das Ende des Schlitzes 21 geführte Horizontalebene nach aufwärts; so daß eine die Biegsamkeit des Mantels gewährleistende Verbindung zu den Bolzennaben verbleibt.The two tendon bars 12 have an approximately L-shaped opening 23, which is formed during casting. The horizontal arm of each of these L-shaped Openings extends in the horizontal direction approximately from the edge of greatest width the pressure surface 15 to close to the rib 22 and in the vertical direction from upper edge of the ring-shaped shell part 13 to .die pin hub while its vertical arm between the bolt near and the pressure surface 15 runs. the vertically extending arms of the L-shaped openings 23: extend over the upward horizontal plane guided through the end of slot 21; so that one the flexibility of the jacket ensuring the connection to the pin hubs remains.

Von beiden Bolzennaben erstreckt sich je eine verjüngte Rippe 22 unter einem Winkel zwischen der Senkrechten und der Waagerechten abwärts. Sie verläuft längs der äußeren Fläche jedes Sehnensteges 12 und ist gegen die geschlitzte Druckfläche 14 gerichtet: Der Zweck dieser Rippen 22 besteht einmal in der Verstärkung der Stege gegen ein mögliches Springen, und zum anderen sollen sie eine vorteilhafte Verziehung des Kolbenmantels hervorrufen, wie weiter unten beschrieben ist: Wenn der Kopf eines Kolbens vom Mantel durch einen oder mehrere Schlitze getrennt ist, dehnt der Kopf bei der unter der Betriebshitze eintretenden Ausdehnung die Kolbenbolzennaben, und wenn eine starre, sich gerade abwärts von den Naben zum- unteren kreisförmigen Teil erstreckende Verbindung vorhanden ist, wird der letztere Teil unter den Naben auswärts gezogen, welche Verziehung des Mantels den senkrecht zur Achse der Bolzennaben stehenden Manteldurchmesser verkleinert.A tapered rib 22 extends below each of the two pin hubs an angle between the vertical and the horizontal downwards. She runs along the outer surface of each tendon bar 12 and is against the slotted pressure surface 14 directed: The purpose of these ribs 22 is to reinforce the webs against a possible jumping, and on the other hand they should be an advantageous warping of the piston skirt, as described below: If the head of a When the piston is separated from the jacket by one or more slits, the head expands with the expansion occurring under the operating heat, the piston pin bosses, and if one is rigid, move straight down from the hubs to the lower circular part extending connection is present, the latter part is outwards under the hubs drawn, which distortion of the jacket is perpendicular to the axis of the pin hubs Jacket diameter reduced.

In Fig. 5 sind mit B Punkte am unteren Ring unter den Balzennaben bezeichnet. Wenn die Ausdehnung .der Bolzennaben unmittelbar auf die Punkte B übertragen wird, wird die Mantelwandung an diesen Punkten um die Größe G nach außen gebracht und der senkrecht zur Nabenachse stehende Durchmesser entsprechend um die Größe D verringert.In Fig. 5 are with B points on the lower ring under the Balzennaben designated. When the expansion of the pin hubs is transferred directly to points B. is, the jacket wall is brought to the outside by the size G at these points and the diameter perpendicular to the hub axis by the corresponding size D decreased.

Bei dem dargestellten Kolben gemäß der Erfindung wird jedoch die Auswärtsbewegung der Naben nicht auf die Punkte B übertragen, sondern mittels der Rippen 22 zu den Punkten A (s. Fig.6), wodurch der Mantel an diesen Punkten um die Größe G abgebogen wird. Dies erzeugt eine Mantelabbiegung F an der Bolzennabenachse, die größer als die Strecke G ist, und verursacht außerdem eine entsprechende Abbiegung E an dem senkrecht zur Nabenachse stehenden Durchmesser; die Strecke E ist größer als die Strecke D der Fig. 5: In beiden Fällen ist der untere runde Teil oval geschliffen, wobei die kurze Achse des Ovals der Nabenachse entspricht und so eine Auswärtsbewegung der Wandung längs dieser Achse gestattet. Die Anwendung der Rippen 22 überträgt die Auswärtsbewegung der Naben auf den unteren runden Teil an Punkten; die von der Nabenachse entfernt sind und die beide auf der gleichen Seite dieser Achse liegen, wodurch ein größerer Hebelarm benutzt und eine wesentlich stärkere Verkleinerung des wirklichen Manteldurchmessers herbeigeführt wird, als wenn eine senkrechte Verbindung von den Naben zum unteren runden Teil bestehen würde. Diese Verziehung erzeugt eine verhältnismäßig große Verringerung des wirksamen Manteldurchmessers durch Kräfte innerhalb des Kolbens, unabhängig von einem Druck der Zylinderwandung gegen den Mantel.In the illustrated piston according to the invention, however, the outward movement of the hubs are not transferred to the points B, but rather by means of the ribs 22 to the Points A (see Fig. 6), whereby the jacket is bent by size G at these points will. This creates a jacket deflection F on the pin hub axis that is greater than is the distance G, and also causes a corresponding turn E at that diameter perpendicular to the hub axis; the distance E is greater than that Line D of Fig. 5: In both cases the lower round part is ground oval, where the short axis of the oval corresponds to the hub axis and so an outward movement the wall along this axis allowed. The application of the ribs 22 transmits the outward movement of the hubs on the lower round part at points; those of the Hub axle are removed and both are on the same side of this axle, thus using a larger lever arm and a much greater reduction in size of the real jacket diameter is brought about as if one perpendicular connection from the hubs to the lower round part would exist. These Warpage creates a relatively large reduction in the effective shell diameter by forces within the piston, regardless of a pressure on the cylinder wall against the coat.

Der Mantel erhält beim Schleifen über seine ganze Länge eine ovale Form, wobei der kleine Durchmesser des Ovals mit der Achse der Kolbenbolzennaben zusammenfällt. Der zu dieser Achse senkrechte Durchmesser des Ovals sollte mit Rücksicht auf eine gute Ab-. stützung an den Druckflächen möglichst groß gehalten werden, so daß eine weitgehende Anpassung an die Kreisform erfolgt. Im Bereiche des Kolbenmantels unterhalb der Bolzennaben kann der Durchmesser des Ovals in Richtung der Achse der Kolbenbolzennaben ein größeres Ausmaß erhalten, da hier die Verformungserscheinungen nicht mehr so stark auftreten, die sich durch das Dehnungsbestreben der Bolzennaben in Richtung auf die Zylinderwandung ergeben.When sanded, the coat is oval over its entire length Shape, with the small diameter of the oval aligned with the axis of the piston pin bosses coincides. The diameter of the oval perpendicular to this axis should be taken into account on a good exit. the support on the printing surfaces should be kept as large as possible, so that an extensive adaptation to the circular shape takes place. In the area of the piston skirt below the pin hubs can be the diameter of the oval in the direction of the axis of the Gudgeon pin bosses get a larger size, because here the deformation phenomena no longer occur so strongly, which is caused by the tendency of the pin hubs to stretch result in the direction of the cylinder wall.

Die Anpassungsfähigkeit des Kolbenmantels an die Zylinderlaufbahn wird dadurch erhöht, daß unterhalb der Bolzennaben infolge der u-förmigen Öffnungen im zylindrischen Teil 13 bogenartige Überbrückungen zwischen den Druckflächen geschaffen werden.The adaptability of the piston skirt to the cylinder liner is increased in that arc-like bridges are created between the pressure surfaces below the pin bosses as a result of the U-shaped openings in the cylindrical part 13.

Die vorgeschriebene Kolbengestaltung verhindert eine übermäßige Ausdehnung der für den Kolben vorgesehenen Leichtmetallegierang, denn einerseits durch die Anordnung der L-förmigen Öffnungen und andererseits durch die Anbringung des T-Schlitzes erhalten die abgeteilten Manteltragflächen günstige Biegungsstellen, durch welche eine Anschmiegsamkeit der Tragflächen um verschiedene Biegungsebenen ermöglicht wird.The prescribed piston design prevents excessive expansion the light metal alloy provided for the piston, because on the one hand by the Arrangement of the L-shaped openings and, on the other hand, the attachment of the T-slot the divided outer wings receive favorable bending points through which allows the wings to conform to various planes of curvature will.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Piston, which adjoins the piston head Bolt hubs with jacket wings lying between them through a recess the casing sleeve forming tendon-like webs are connected and the pressure-relieved The wing is separated from the piston head by an Ouerschlitz, characterized in that that the jacket cross-section forms an oval in the cold state, the short axis of which eats in the same direction as the bolt axis, and that the web surfaces in the area of the lower limit of the jacket sleeve recess a in the direction of the pressure-loaded Have jacket wing widening breakthrough.

2. Piston according to claim i, characterized in that on the surfaces of the. Tendon bars (i2) reinforcement ribs (22) are provided which are inclined to the vertical plane passing through the hub centers, and that directed towards the open end of the piston.