DE708646C

DE708646C - Pistons for internal combustion engines

Info

Publication number: DE708646C
Application number: DEM142974D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Paul Sommer
Original assignee: Mahle GmbH
Current assignee: Mahle GmbH
Priority date: 1938-10-11
Filing date: 1938-10-11
Publication date: 1941-07-25

Description

Kolben für Brennkraftmaschinen Die Erfindung betrifft Kolben für Brennkraftmaschinen, bei welchen frei hängende Bolzennaben mit dem ` Kolbenboden über Stützstreben und mit dem Kolbenschaft über Stege verbunden sind. Sie bezweckt eine besondere statisch bestimmte Anordnung und Ausbildung dieser N.abenstützen, durch welche bei der Aufnahme und übertragung der vom Boden und vom Schaft ausgehenden Drücke auf den Kolbenbolzen eine Verformung bestimmter Kolbenteile verhindert oder aber auf ein Mindestmaß: beschränkt werden soll.Pistons for internal combustion engines The invention relates to pistons for internal combustion engines, in which freely hanging pin hubs with the piston crown via support struts and are connected to the piston skirt via webs. It aims at a special static certain arrangement and design of these hub supports, through which during the recording and transmission of the pressures emanating from the base and the skirt to the piston pin prevents deformation of certain piston parts or minimizes them: should be restricted.

Die Erreichung einer möglichstgeringenVerformung des Kolbens ist- schon das Ziel bekannter Kolbenausführungen. Insbesondere bei Flugmotorkolben ist die Vermeidung von Verformungen von großer Wichtigkeit. Bei Durchbiegung des Kolbenbodens: wird die Kolbenringzone in Mitleidenschaft gezogen, und so wird das einwandfreie Arbeiten der Kolbenringe beeinträchtigt. Außerdem bedingt die Verformung des Kolbenschaftes .ein zusätzliches Laufspiel, durch das die Laufruhe und Lebensdauer des Kolbens, ferner der Zylinderverschleiß, und der ölverbrauch ungünstig beeinflußt werden.Achieving the lowest possible deformation of the piston is already the goal of well-known piston designs. Especially with aero engine pistons the avoidance of deformations is of great importance. If the piston crown is bent: the piston ring zone is affected, and so it becomes flawless Function of the piston rings impaired. It also causes the piston skirt to deform . an additional running clearance, through which the smoothness and service life of the piston, Furthermore, the cylinder wear and the oil consumption are adversely affected.

Diese Nachteile sollen .gemäß der Erfindung durch eine neuartige Gestaltung der Teile vermieden werden, die zur Aufnahme im Betrieb auftretender Kräfte bestimmt sind, nämlich der Kolb.enbodenabstützung in Verbindung mit der Nabenabstrebun.g und der Kolbenschaftabstützung.These disadvantages should .according to the invention by means of a novel design the parts that are intended to absorb forces occurring during operation are avoided are, namely the Kolb.enbodenabstützung in connection with the Nabenabstrebun.g and the piston skirt support.

Um den auf den Kolbenboden wirkenden Explosionsdruck möglichst gleichmäßig auf die Bolzennaben zu übertragen und gleich-2.eitig einen Teil der Verbrennungswärme nach dem Kolbenhohlraum hin abzuleiten, sehen bekannte Kolbenausführungen eine Abstützung des Bodens in Form eines runden oder ovalen Ringkörpers vor. Die Unterstützung des Kolbenbodens sowie die Kraft- und Wärmeableitung vom Kolbenboden zu den Naben sind jedoch hierbei in bezug auf die gesamte Kolbenbodenfläche noch nicht einwandfrei, außerdem bringen solche Ringkörper auch eine unliebsame Ge-,vichtsvermehrung des Kolbens mit sich.To ensure that the explosion pressure acting on the piston crown is as uniform as possible to be transferred to the pin hubs and on the same-2nd side part of the heat of combustion to divert to the piston cavity, see known piston designs a support of the bottom in the form of a round or oval ring body. The support of the Piston crown as well as the power and heat dissipation from the piston crown to the hubs but here in relation to the whole Piston crown area not yet flawless, in addition, such ring bodies also bring an unpleasant increase in weight of the piston with itself.

Gemäß der Erfindung werden diese Nach teile dadurch vermieden, daf, von den Bolze nahen zum Kolbenboden sich erstreckende` Stützstreben im Bereich der Schwerpunkte von die Kolbenfläche gleichmäßig aufteilenden Kreissektoren angreifen, und daß die Schmalseiten der Stützstrebepquerschnitte in Bolzenachsrichtung angeordnet sind.According to the invention, these after parts are avoided in that, from the pin close to the piston crown extending 'support struts in the area of Attack the focal points of the circular sectors evenly dividing the piston area, and that the narrow sides of the support strut cross-sections are arranged in the direction of the bolt axis are.

Die wahlweise entsprechend kleineren oder größeren Kolbendurchmessern vorgesehenen vier, sechs, acht oder mehr Unterstützungen werden je hälftig den Bolzennaben zugeordret. Da für die Abstützungen auch die gleichen Querschnittsbemessungen vorgesehen sind, erfolgt die axiale Verformung der Stützen bz@c. Streben unter der Druckbean= sprucheng glcicliiliäßig, und dadurch fällt die Bodenverformung so bering aus, daß sie keine Betriebsstörungen oder Betriebsnachteile hervorrufen kann.The optionally correspondingly smaller or larger piston diameters provided four, six, eight or more supports are each half the pin hubs assigned. As the same cross-section measurements are provided for the supports are, the axial deformation of the supports bz @ c takes place. Striving under the pressure bean = Incredibly smooth, and thus the deformation of the soil is so bering that it cannot cause operational disruptions or operational disadvantages.

Durch rlie weitere Maßnahme, die Schmalseiten der Stützstr ebenquerschnitte in Bolzenachsriclitung anzuordnen, «werden die Streben in der Richtungsebene der vom Pleuel aus wirkenden Kräfte, d. h. senkrecht zur Kolbenbolzenaclise, biegungssteif. Diese Wirkung wird noch dadurch erhöht, daß die Streben gegen den Kolbenboden hin eine breit ausladende Gestaltung erhalten. Dadurch wird eine einwandfreie und unmittelbare überleitung der Gasdruckhälfte über die Bolzennahen und den Kolbenbolzen zur Kurbelwelle gewährleistet. In Richtung der Bolzenachse sind die Streben dagegen weniger biegungssteif, damit etwa auftretende Seitenkräfte keine ungünstigen Rückwirkungen auf den Kolbenboden ausüben können. Es ist weiterhin- vorgesehen, die Bolzennaben möglichst in nächster Nähe der Flächenschwerpunkte je eines halben Kolbenbodens zu rücken, damit die schädlichen Kräfte möglichst kleine IIebclarme finden.Through another measure, the narrow sides of the support strut cross-sections to be arranged in bolt axis direction, «the struts in the plane of direction of the Forces acting from the connecting rod, d. H. perpendicular to the piston pin aclise, rigid. This effect is further increased by the fact that the struts against the piston crown received a broad design. This will make a flawless and immediate Transfer of the gas pressure half via the pin joints and the piston pin to the crankshaft guaranteed. In the direction of the bolt axis, however, the struts are less rigid, so that any side forces that occur do not have any adverse effects on the piston crown can exercise. It is also planned to use the pin hubs as soon as possible Close to the centers of area each half a piston crown to move so that the damaging Find forces that are as small as possible.

Damit die auf die Schafttragflächen wirkenden Seitenkräfte keine Verformungen hervorrufen können, die den betriebssicheren Lauf des Kolbens im Zylinder beeinträchtigen könnten, ist es üblich, die Tragflächen mit den Bolzeiinaben durch stützende Stege zu verbinden. Diese Stege wurden seither entweder parallel zu den Nabenendflächen geführt, so daß sie nahezu senkrecht auf die innere Mantelwandung auftreffen und dadurch als starre Versteifung wirken, oder man ordnete die Stege derart bogenförmig an, daß sie nur in bezug auf einen Teil der Tragflächen eine gewisse Federungsmöglichkeit beließen. Als Folge hiervon ergaben sich bei solchen Kolbenkonstruktionen an den Stellen der Verbindung zwischen den Stegen und f, den Schafthälften während des Betriebes un-A UnstIge Druckverhältnisse und dadurch Verleißstellen, die unbedingt vermieden wermüssen.So that the side forces acting on the shaft bearing surfaces do not deform which can impair the operationally safe running of the piston in the cylinder could, it is common to support the wings with the Bolzeiinaben by supporting webs connect to. Since then, these webs have either been parallel to the hub end faces guided so that they impinge almost perpendicularly on the inner jacket wall and thereby acting as a rigid stiffener, or the webs were arranged in such an arc-shaped manner indicate that they only have a certain amount of suspension in relation to part of the wings left. As a result, piston designs of this type resulted in the Establish the connection between the webs and f, the shaft halves during the Operation and unsteady pressure conditions and therefore wear spots, which are absolutely necessary must be avoided.

Diese Nachteile werden nun in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dadurch wirksam behoben, daß die sich von den Bolzennahen zu den Manteltragfl'ichen erstreckenden Stützstege in Stegteilwände gabeln, die bogenförmig an den Schaft anschließen und einen oder mehrere Hohlräume einschließen. Die gegen die Tragflächenmitte hin verlaufenden Stegteilwände bilden durch diesen Übergang in die Tragfläche mit dieser einen Körper gleichen Widerstandes gegen Biegung. Die anderen, entgegengesetzt abbiegenden Stegteilwände bilden dagegen eine elastische Versteifung der nichttragenden Schaftteile. Die Stege können sich entweder nur über die Höhe des Schaftes oder auch bis zum Kolbenboden erstrecken.These disadvantages will now be considered in a further embodiment of the invention effectively remedied by the fact that the areas from the bolt seams to the jacket wings extending support webs in web part walls forks, the arcuate to the shaft connect and enclose one or more cavities. The one against the center of the wing Partial web walls extending towards this transition also form into the wing this one body of equal resistance to bending. The other, opposite On the other hand, bending part of the web part walls form an elastic stiffening of the non-load-bearing ones Shaft parts. The webs can either only extend over the height of the shaft or also extend to the piston crown.

Der erfindungsgemäße Kolben kann sowohl durch Gießen als auch durch Pressen hergestellr werden, und es ist möglich, mit der neuen Konstruktion bekannte Anordnungen von Schlitzen, zusätzliche Bodenverrippungen u. dgl. zu verbinden. Ferner ist es möglich, einen Kolben nach der Erfindung als Zlveimetallkolben zu gestalten. In diesem Fall könnten für den Kolbengrundkörper verhältnismäßig dünne Wandungen vorgesehen sein, auf die in bekannter Weise ein aus verschleißfestem Werkstoff bestellender Laufmantel aufgebracht wird, der gegebenenfalls mit nach innen gerichteten, nabenartigen Ansätzen zur Ergänzung der frei hängenden Naben des Kolbengrundkörpers versehen sein kann.The piston according to the invention can be made by casting as well as by Presses are manufactured, and it is possible to familiarize yourself with the new construction To connect arrangements of slots, additional floor ribs and the like. Further it is possible to design a piston according to the invention as a double metal piston. In this case, relatively thin walls could be used for the piston base body be provided, in a known manner, ordering a wear-resistant material Running jacket is applied, optionally with inwardly directed, hub-like Approaches to supplement the freely hanging hubs of the piston base are provided can be.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing.

Abb. i zeigt einen Kolben im Längsschnitt nach Linie A-A der Abb. 2, bei welchem vier Bodenunterstützungen vorgesehen sind.Fig. I shows a piston in a longitudinal section along line A-A of Fig. 2, in which four floor supports are provided.

Abb. 2 ist ein Querschnitt nach Linie B-B der Abb. i.Fig. 2 is a cross-section along line B-B of Fig. I.

Abb.3 stellt den Längsschnitt nach Linie C-C der Abb. 4 mit sechs Bodenunterstützungen dar, und Abb. ¢ zeigt den Querschnitt des Kolbens nach Abb. 3 nach Linie DL-D@.Fig.3 shows the longitudinal section along line C-C of Fig. 4 with six Floor supports, and Fig. ¢ shows the cross-section of the piston according to Fig. 3 to line DL-D @.

Abb. 5 und 6 zeigen im Längs- und Querschnitt einen erfindungsgemäßen Kolben in Zweimetallausführung, wobei der Schwermetalimantel nabenförmige Ansitze aufweist.Figs. 5 and 6 show a device according to the invention in longitudinal and cross-section Piston in two-metal design, with the heavy metal jacket hub-shaped seats having.

Abb.7 und 8 zeigen im Längs- und Querschnitt den erfindungsgemäßen Kolben in Zweirnetallausführung, wobei der Schwermetallschaftteil ohne Nabenansatz vorgesehen ist. Der Kolbenboden i (Abb. r und 2) weist in den Schwerpunkten S1, S°, S3 und S4 der Bodenflächenviertel b'zw. Sektoren vier Bodenunterstützungen auf, von denen je zwei als Stützstreben 2 zu einer der Bolzennaben 3 führen. Von den - Naben 3 erstrecken -sich zum Schaft ¢ nach beiden Seiten Stege 5, -die sich vor der Schaftinnenwand in je zwei bogenförmig verlaufende Stegwände 6 und 7 gabeln und einen oder mehrere Hohlräume 8 einschließen. Bei dem gezeichneten Beispiel erstrecken sich diese Stege nur über die Höhe des Kolbenschaftes. Die Naben 3 sind so angeordnet, daß sie möglichst nahe in den Bereich der Schwerpunkte S der beiden Kolbenbodenflächenhälften gelangen. Die in Bolzenachsrichtung zum Zweck der Erzielung einer gewissen Elastizität schmal gehaltenen Stützstreben 2 verlaufen in Richtung auf den Kolbenboden breit ausladend.7 and 8 show the piston according to the invention in longitudinal and cross-section in a two-metal design, the heavy metal shaft part being provided without a hub attachment. The piston crown i (Fig. R and 2) has the center of gravity S1, S °, S3 and S4 of the bottom area quarters or. Sectors four ground support, of which two each as support struts 2 lead to the pin bosses third From the hubs 3, webs 5 extend to the shaft on both sides, which fork in front of the inner wall of the shaft into two arched web walls 6 and 7 and enclose one or more cavities 8. In the example shown, these webs only extend over the height of the piston skirt. The hubs 3 are arranged so that they come as close as possible to the area of the centers of gravity S of the two piston crown surface halves. The support struts 2, which are kept narrow in the direction of the bolt axis for the purpose of achieving a certain elasticity, extend broadly in the direction of the piston head.

Bei der Kolbenausführung nach den Abb.3 und q. sind sechs Bodenunterstützungen in Form von Stützstreben 2 - vorgesehen, von denen sich je drei zu den Bolzennaben 3 :erstrecken. Die. Anordnung der Naben in bezug auf die Schwerpunkte-S der gesamten Abstützung ist in gleicher Weise wie bei dem in den Abb. i und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel vorgesehen, und die Stützstreben 2 sind nach dem Kolbenboden i zu breit ausladend geführt. Unterhalb der Bolzennaben 3 ist im Schaft eine Ringnut 9 zur Aufnahme eines ölabstreifringes vorgesehen.With the piston design according to Figures 3 and q. are six ground supports in the form of support struts 2 - provided, three of which are each to the pin hubs 3: extend. The. Arrangement of the hubs in relation to the centers of gravity-S of the whole Support is in the same way as in the embodiment shown in Figs provided, and the support struts 2 are too wide after the piston head i guided. Below the pin boss 3 is an annular groove 9 in the shaft for receiving a oil control ring provided.

Die Kolben nach den Abb. 5 bis 8 sind als Zweim.etallkolben ausgebildet. Der vorzugsweise aus verschleißfestem Werkstoff bestehende Schaftteil i o kann dabei nabenartige Ansätze i i aufweisen, welche die Naben 3 des Kolben,grundkö.rpers ergänzen.The pistons according to Figs. 5 to 8 are designed as two-metal pistons. The shaft part i o, which is preferably made of wear-resistant material, can thereby have hub-like projections i i, which complement the hub 3 of the piston, grundkö.rpers.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Pistons for internal combustion engines, in which the freely hanging pin bosses with the piston crown via support struts and with the piston skirt are connected by webs, characterized in that the pin hubs (3) to the piston crown (i): extending support struts (2) in the area of the centers of gravity (S1, S2, S3, S4 ..-.) Of circular sectors evenly dividing the piston crown area attack, and that the narrow sides of the support strut cross-sections in the bolt axis direction are arranged.

2. piston for internal combustion engine: s according to claim i, characterized - characterized that the webs (5) leading from the pin bosses (3) to the piston skirt (¢) are in Bar part walls (6, 7) forks that connect in an arc to the shaft (4.) and enclose one or more cavities (8). -