DE700425C - Leichtmetallkolben fuer Brennkraftmaschinen - Google Patents

Leichtmetallkolben fuer Brennkraftmaschinen

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DE700425C
DE700425C DE1934B0166726 DEB0166726D DE700425C DE 700425 C DE700425 C DE 700425C DE 1934B0166726 DE1934B0166726 DE 1934B0166726 DE B0166726 D DEB0166726 D DE B0166726D DE 700425 C DE700425 C DE 700425C
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piston
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DE1934B0166726
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Bohn Aluminum and Brass Corp
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00Pistons 
    • F02F3/02Pistons  having means for accommodating or controlling heat expansion
    • F02F3/04Pistons  having means for accommodating or controlling heat expansion having expansion-controlling inserts
    • F02F3/047Pistons  having means for accommodating or controlling heat expansion having expansion-controlling inserts the inserts being located around the gudgeon pin bearings

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)

Description

  • Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen Ovale Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen, bei welchen sich quer zur Bolzenachse zwischen den Tragflächen ein Paar Schwermetallstreifen erstrecken, deren Enden in die Mantelwandung eingegossen sind, und bei welchen die an den Kolbenoberteil anschließenden Bolzennaben durch Stege mit den Manteltragflächen einstückig verbunden sind, sind bekannt.
  • Weiter ist bekannt, die Ausdehnung von Leichtmetallkolben bei Temperaturänderungen dadurch zu regeln, daß in dem Kolbenmantel geteilte Metallringe von kleinerem Ausdehnungskoeffizienten als demjenigen des Mantelbaustoffes so angeordnet werden, daß sie mit der Mantelwandung einen Bimetallkörper bilden, der sich bei Erwärmung krümmt und eine Formänderung des Mantels bewirkt.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen-ovalen Leichtmetallkolben der erwähnten Art, bei welchem sich quer zur Bolzenachse zwischen den Tragflächen ein Paar Schwermetallstreifen erstrecken, deren Enden in die Mantelwandung eingegossen sind, und bei welchem ,die an den Kolbenoberteil anschließenden Balz.ennaben durch Stege mit den Manteltragflächen einstöckig verbunden sind. Erfindungsgemäß sind die Stege auf die Außenflächen der Schivermetallstreifen aufgegossen, während die Streifen innenseitig zwischen den Bolzenaugen und .den Manteltragflächen freie, vom Kolbenwerkstoff nicht überdeckte Flächen haben und gemeinsam mit den Stegen bei Erwärmung sich nach außen krümmende Bimetallkörper bilden. Weiter reicht nach der Erfindung der aus Stahl bestehende Streifen mit seiner oberen und unteren Kante über bzw. unter die Kolbenbolzennaben.
  • In den Zeichnungen ist eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung dargestellt, und zwar zeigen Fig. i den Kolben in Seitenansicht, Fig. z einen Schnitt nach Linie 2-z von Fig. i, Fig. 3 einen Schnitt nach Linie io-io von Fig. i, Fig. q. ein Diagramm, welches die Kolbenausdehnung erläutert, Fig. 5. einen Schnitt nach Linie 5-5 von Fig. i, Fig. 6 einen Schnitt nach Linie 6-6 von Fig. 5, Fig. 7 einen Schnitt ähnlich wie Fig. 6 in anderer Ausführungsform und Fig. 8 einen Schnitt nach Linie 8-8 von Fig. 7. Nach der Ausführungsforte wird der bimetallische Körper aus zwei Metallen gebildet, die ein ungleichesWärmeausdelinungsmaß besitzen, wobei eines der beiden Metalle aus dem gleichen Baustoff' wie der Kolbenmantel besteht und das andere Metall ein geringeres Wärmeausdehnungsmaß als das Kolbenmaterial besitzt. Infolge der ungleichen Ausdehnungsmaße der beiden Teile v eranlaßt eine Temperaturerhöhung den Bimetallkörper zu einer Biegung, die dazu benutzt wird, den Kolbenmantel aus seiner ovalen Form, die er in kaltem Zustand besitzt, bei den normalerweise im Betrieb auftretenden Temperaturen zu einer ungefähr zylindrischen Form zu biegen.
  • Die 'Metallstreifen werden vor dem Gießen des Kolbens in die Form gebracht, so daß das geschmolzene Aluminium um die Streifen herum und gegen sie fließen kann, um die in den Figuren dargestellten Teile zu bilden. Daraus ergibt sich, daß bei dem in den Figuren dargestellten Kolben jeder Streifen 16 seine Enden in dem Aluminium verankert hat und eine feste Verbindung an den Bolzenaugen vorhanden ist, um die seitliche Trennung von Streifen und Nabe zu verhindern.
  • Bei der Ausführungsform nach Fig. i bis 6 besitzt der Kolben einen Boden io und einen Mantel i i, die beide aus einem geeigneten Baustoff von geringem Gewicht, beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung, hergestellt sind. Die Naben 12 für den Kolbenbolzen sind im Mantel gebildet, und die Verbindung zwischen dein Boden und den Naben ist durch Rippen 13 verstärkt.
  • Die in der Nähe des Durchmessers B (Fig. d.) rechtwinklig zur Achse der Kolbenbolzennaben liegenden Teile des Mantels tragen die Hauptbelastung gegen die Zylinderwandung, welche sich aus der Winkellage der Verbindungsstange ergibt. Diese Teile, welche gewöhnlich als Druckflächen bezeichnet werden, tragen (las Bezugszeichen 14. Da diese Druckflächen die Belastung aufnehmen, ist der Durchmesser B der wichtige Durchmesser, der bei allen Temperaturen genau in die Zylinderbohrung passen muß.
  • Dem Mantel wird beispielsweise durch Schleifen eine ovale äußere Form gegeben, wobei das Oval derart angeordnet wird, daß seine kleinere Achse A mit der Achse der holbenbolzennaben zuzzammenfällt und daß seine größere Achse B rechtwinklig zur Achse der Bolzennaben liegt, wie es in Fig. 4 durch die voll ausgezogene Linie dargestellt ist. Das Oval besitzt zweckmäßig über die ganze Länge des :Mantels das gleiche Ausmaß, d. h. der -Mantel läuft nicht von oben nach unten schräg zu. Die den Bimetallkörper bildenden beiden Teile 16, 20 sind quer zu den Enden der Achse A derart angeordnet, daß sie sich bei Temperaturerhöhung nach außen biegen, die Bolzennaben nach außen führen und den Mantel zu der in Fig.4 mittels der strichpunktierten Linie dargestellten zylindrischen Form biegen.
  • Der Boden io ist gewöhnlicherweise der heißeste Teil des Kolbens und dehnt sich daher mehr als der Mantel aus. Eine Berührung des Bodens mit der Zylinderwand wird dadurch verhindert, daß man dem Boden ein genügendes Spiel gibt. Die Druckflächen sind durch Schlitze 15 von dem Boden isoliert.
  • Für die beiden bimetallischen Körper sind Schwermetallstreifen 16 vorgesehen, die sehnenartig sich erstreckende Platten darstellen; deren Enden in den Druckflächen 14 verankert sind. Die Mantelwandung i i ist teilweise um jede Bolzennabe weggeschnitten, wobei sich Rippen 20 des Mantelwerkstoffes längs der Außenseite eines jeden Schwermetallstreifens erstrecken. In diesem Fall bilden die Streifen 16 und die Rippen 20 die inneren bzw. äußeren Glieder der b1-metallischen thermostatischen Körper. Diese Körper ergeben, wie vorher ausgeführt, ein einfaches Biegen des Mantels aus seiner in kaltem Zustande ovalen Form in eine zylindrische Form bei steigender Temperatur.
  • Zum Zwecke der Verstärkung kann eine senkrechte Rippe 21 jede Bolzennabe mit dem unteren Mantelring 22 verbinden, diese Rippe stört aber nicht das Biegen des Mantels. Die Rippen 2o und 21 sollen Hitze vom Boden zum Mantel führen, von wo sie auf die Zylinderwandung übertragen werden kann.
  • Man kann auch gegebenenfalls ein Paar bogenförmiger Flanschen 23 benutzen, um den unteren Teil 22 des Mantels zu verstärken.
  • Bei der soeben beschriebenen Ausführungsform ist der mittlere Teil eines jeden Streifens 16 in eine Bolzennabe eingegossen. Die Streifen können völlig frei von den Naben sein, wie es in Fig.7 und 8 dargestellt ist. Bei dieser Bauart erstreckt sich der Streifen nur längs der inneren Nabenseite, seine Enden sind jedoch im Mantel verankert. Ob der Streifen in die Naben eingegossen wird, hängt in jedem besonderen Falle von der Länge der Naben und der für den Streifen bestimmten Lage unter Berücksichtigung der Bauart der Verbindungsstange usw. ab.
  • Gemäß Fig. 7 und 8 können auch gegebenenfalls Lappen 24 einwärts ragen und durch Bohrungen 25 Verbindungen bilden, um die Streifen 16 dicht gegen die Rippen 20 zu halten. Diese Lappen verringern auch den Betrag der thermostatischen Biegung, da sie die wirksame Länge der bimetallischen Teile verkürzen.
  • Es wurde erwähnt, daß der Durchmesser B der wichtige zu berücksichtigende Durchmesser ist; die schematische Skizze Fig.4 zeigt, daß dieser Durchmesser gleichbleibt, während der Kolben aufrundet. In der Praxis ist es wünschenswert, dem Durchmesser B des Kolbens im wesentlichen das gleiche Ausdehnungsmaß zu geben, wie es die Zylinderbohrung besitzt, so daß das Spiel zwischen den Enden des Durchmessers B und der Zylinderwandung für alle Temperaturen im wesentlichen gleichbleibt. Dieses Ergebnis kann mit der vorliegenden Erfindung durch eine richtige Zuordnung der ovalen Form des kalten Kolbens und der Baustoffe und der Dimensionen der Glieder der bimetallischen Körper erreicht werden. Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Streifen 16 aus gewöhnlichem Stahl zu bilden und am Durchmesser B ein Ausdehnungsmaß zu erhalten, das sogar noch geringer als .das von Gußeisen ist.
  • Da der Durchmesser A sich schneller als der Zylinder ausdehnt, soll der Kolben derart bearbeitet oder geschliffen werden, daß dieser Durchmesser selbst der übermäßig hohen Temperaturen niemals mehr als eine sehr leichte Berührung mit der Zylinderwandung besitzt. Daher soll ,der Kolben bei normalen Betriebstemperaturen nur eine ungefähre zylindrische Form erreichen, obgleich die Form bei diesen Temperaturen der zylindrischen Form so nahe kommen soll, wie es der Sicherheitsgrad gestattet.
  • Nach Anlassen eines mit diesem Kolben ausgestatteten kalten Motors "wird kein Klopfen auftreten, da sich an den Enden des Durchmessers B nur ein kleines Spiel befindet.
  • Bei den zweckmäßigen Ausführungsformen wird kein senkrechter Mantelschlitz benutzt. Der ungeschlitzte Mantel besitzt einen größeren Widerstand gegen eine Abbiegung unter Seitendruck und gegen ein Schwingen in der Bohrung. Die vergrößerte. Festigkeit des Kolbens ergibt eine bessere Wirtschaftlichkeit im Ölverbrauch bei hohen Maschinengeschwindigkeiten und gestattet den Ringen, richtig zu arbeiten, ohne sich übermäßig abzunutzen.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE; i. Ovaler Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen, bei welchem sich quer zur Bolzenachse zwischen den Tragflächen ein Paar Schwermetallstreifen erstrecken, deren Enden in die Mantelwandung eingegossen -sind, und bei welchem die an den Kolbenoberteil anschließenden Bolzennaben durch Stege mit den Manteltragflächen einstückig verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, ,daß die Stege (ao) auf die Außenflächen der Schwermetallstreifen aufgegossen sind, während die Streifen (i6) innenseitig zwischen den Bolzenaugen (1a) und den Manteltragflächen (i4) - freie, vom Kolbenwerkstoff nicht überdeckte Flächen haben und gemeinsam mit den Stegen (2o) bei Erwärmung sich nach außen krümmende Bimet.allkörper bilden. Kolben nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der aus Stahl bestehende Streifen (i6) mit seiner oberen und unteren Kante über- bzw. unter die Kolbenbolzennaben reicht.
DE1934B0166726 1934-07-19 1934-09-05 Leichtmetallkolben fuer Brennkraftmaschinen Expired DE700425C (de)

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DE (1) DE700425C (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE863430C (de) * 1942-09-01 1953-01-19 Mahle Kg Leichtmetallkolben fuer Brennkraftmaschinen
DE963912C (de) * 1950-06-28 1957-05-16 Mahle Kg Leichtmetallkolben fuer Brennkraftmaschinen
DE1029614B (de) * 1956-02-10 1958-05-08 Mahle Kg Leichtmetallkolben fuer Brennkraftmaschinen

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE863430C (de) * 1942-09-01 1953-01-19 Mahle Kg Leichtmetallkolben fuer Brennkraftmaschinen
DE963912C (de) * 1950-06-28 1957-05-16 Mahle Kg Leichtmetallkolben fuer Brennkraftmaschinen
DE1029614B (de) * 1956-02-10 1958-05-08 Mahle Kg Leichtmetallkolben fuer Brennkraftmaschinen

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