DE738907C - Leichtmetallkolben mit Kolbendichtung durch ein- oder mehrteilige, aus zwei verschiedenen Werkstoffen bestehende Kolbenringe - Google Patents

Description

• Leichtmetallkolben@mit Kolbendichtung durch ein- oder mehrteilige, aus zwei verschiedenen Werkstoffen bestehende. Kolbenringe . Bei, hoher Wärmebeanspruchung; vor allem in Dieselmaschinen, neigen die Kolbenringe oft zum Festbrennen. N:amentlich trifft dies bei, dem Ring zu, der dem Kolbenboden ,am nächsten liegt. Die Ursache des Festbrennens st darin zu suchen, daß. sich auf den Schulterflächen des Ringes und an den Kolbennutwänden mit verbranntem Öl vermischte Verbrennungsrückstände absetzen; die das vorgesehene Spiel unterbinden. Das Festbrennen wird dadurch noch gefördert, daß. das Spiel des Ringes in der Nut im kalten Zustand festgelegt wird. Bei Belastung des Motors ändert sich durch die Er«-ärmung das Spiel dadurch, daß sich der Leichtmetallkolben stärker ausdehnt als der Kolbenring. In das dadurch erweiterte Nutenspiel können sich die Rückstände von Brennstoff und Schmieröl. festsetzen. Beim Erkalten des Kolbens und der Ringe wird nun der Ring festgeklemmt, weil er durch die erwähnten Rückstände gewissermaßen stärker geworden ist; als es der Kolbennuthöhe entspricht. Die ,abgesetzte Öl-, kohle wird dadurch außerdem noch fest zusammengepreßt und bietet bei neuer Erwärmung des Kolbens und der Ringe die Grundlage für wiederholtes Absetzen neuer Ölkohle, wenn sie nicht bereits bei der ersten Zusammenpress.ung zum Kleben des Ringes in der Nut führt.
• Man hat .schon versucht, diesem Umstand durch Vergrößerung des Spiels zwischen Nut und Ring Rechnung zu tragen. Man hat aber dadurch das Festbrennen höchstens etwas hinaus.schieben können.
• Die Erfindung beruht nun auf der Erltenntnis; daß das Spiel zwischen Kolbenring und Kolbennut in der Betriebswärme möglichst klein sein soll, um das Absetzen von Ölkohle zu verhindern, und beim Wiedererkalten größer statt kleiner werden muß, um das Zusammenpressen etwa doch abgesetzter Rückstände zu verhindern. Demnach soll der Kolbenring sich in der Wärme stärker ausdehnen als der Kolben. Es sind zwar bereits Kolbenringe z. B. aus Kupfer oder Bronze bekannt, die sich in der Betriebswärme stärker ausdehnen als der sie aufnehmende Gußeisenkolben. Teilweise, beispielsweise 'bei Kolbenringen mit einer spannungerzeugenden Einlage aus einem Metall mit größerem Wärmeaus,dehnungskoeffizienten, wurde diese stärkere Wärmeausdehnung auch bewußt herbeigeführt, um einen, größeren radialen Anpreßdruck des Kolbenrings gegen die Zylinderwand im Betrieb zu ' erreichen. Das setzte aber regelmäßig ein Festklemmen des Kolbenrings im Kolben geradezu voraus, da sich sonst die Wärmeausdehnung des Kolbenrings nicht in der gewünschten radialen ` Richtung ausgewirkt hätte; eine Lösung für das Festbrennen normaler Kolbenringe in den Kolbennuten war damit jedenfalls nicht gegeben. Das gleiche gilt von bekannten Flachdichtungsringen aus zwei verschiedenen Stoffen, von denen der eine sich unter dem Einfluß der Betriebswärme stärker ausdehnte als der andere und dadurch eine verstärkteAnpressung der Dichtung an die Dichtflächen erzeugte, sowie von mehrteiligen Kolbenringen, 'bei deneneinezwischen die Kolbenringteile geschaltete Feder diese Teile axial fest an die Kolbennutwände preßte. Auch durch diese Mittel wurde die erwünschte radiale Beweglichkeit der Kolbenringe, deren Sicherung das Ziel der vörliegendenErfindung ist, unterbunden; es wurde . also eine erhöhte Dichtwirkung an den Schulterflächen auf Kosten der Laufflächenabdichtung erzielt.
• Erfindungsgemäß wird nun für Leichtmetallkolben .eine Kolbendichtung vorgeschlagen, die im kalten Zustand des Kolbens und der Ringe mehr Spiel hat als im Betriebszustand, also bei Erwärmung, ohne. daß je- doch die radiale Beweglichkeit der Ringe in der Wärme aufgehoben wäre. Der Erfindungsgedanke wird dadurch verwirklicht, daß die Kolbenringe aus Gußeisenkörpern mit Einlagen aus einem Werkstoff höhererWärmeausdehnung als dem des Kolbens bestehen und das Spiel zwischen Kolbenring und Kolben in. kaltem Zustand so groß gewählt ist, daß es in der Betriebswärme infolge der verschiedenen Wärmeausdehnung von Kolbenring und Kolben nahezu, aber nicht ganz vers c hwindet. Es ist für die Erfindung C, gleich- ZD gültig, welche Form die Einlagen haben und ob sie mit dem Kolbenringkörper fest verbunden sind. Der Erfindungsgedanke ist z. B. auch durch zwei ineinandergefügte L-förmige Dichtungsringe ausführbar, die einen im Querschnitt rechteckigen Ring einschließen, -wenn der im Querschnitt rechteckige fing aus einem Bimetallstreifen aus zwei den Schulterflächen der Dichtun .garinge gleichgerichteten Schichfen besteht, sich in der Betriebswärme wellt und dadurch die axiale Höhe-der Kolbendichtung bis nahezu zur Ausfüllung der Kolbennut vergrößert. Es sind bereits derartige mehrteilige Kolbenabdichtungen bekannt, bei denen aber der von den L-förmigen Dichtungsringen eingeschlossene rechteckige Hilfsring innenspannend war, um das weitere Durchschlagen der hinter den oberen L-Ring gelangenden Gase zu verhindern. 'Eine Vergrößerung der Axialhöhe der Kolbenabdichtung in der Betriebswärme wurde 'bei dieser bekannten Anordnung nicht erreicht.
• In der Zeichnung ist der Erfindungsgedanke .erläutert. Abb. ia und i b zeigen die bisherigen Ausdehnungsverhältnisse; Abb.2a und 2b zeigen die Ausdehnungsverhältnisse bei Anwendung des Erfindungsgedankens. Abb.3 und q. zeigen zwei Ringzusammenstellungen, .mix denen der Erfindungsgedanke ausführbar ist In den Abb. i und 2 sind der Kolben mit i und die Kolbenringe mix 2 und 3 bezeichnet. Die Abb. ia und 2a zeigen übertrieben das Spiel der Ringe in der Kolbennut ¢ -des Kolbens i im kalten Zustande. Das Spiel bei der bisherigen Anordnung (Abb. ia) ist --kleiner als das nach dem Vorschlag der Erfindung (Abb.2a). Die Verhältnisse im Betriebszustande sind durch die Abb. ib und 2b dargestellt. Der Kolben i und damit auch- die Kolbennut q. sind bei den bisherigen Verhältnissen nach Abb. i b stärker gewachsen als der Ring 2; das Spiel ist also größer geworden als im kalten Zustande nach Abb. i a. In Bild 2b ist zwar der Kolben i mit seiner Nut q. um den gleichen Betrag gewachsen wie im Falle i b, jedoch ist der .Ring 3 gemäß der Erfindung, weil .er sich bei Erwärmung mehr ausdehnt als der Kolbenwerkstoff, bedeutend mehr gewachsen als der Ring 2 im Falle i b. Das Spiel ist im Betriebszustand (Abb.2b) kleiner als im kalten Zustand (Abb. 2a). 01-kohle kann sich kaum festsetzen, jedenfalls bedeutend -weniger als im Falle ib. Die dennoch etwa abgelagerte geringe Menge ölkohle wird beim @Wiedererkalten nicht zusammengepreß.t, weil das Spiel ja wieder größer itird (Abib. 2a). Im Falle der Abb. i wird aber das Spiel zwischen Kolbenring 2 und Kolben i beim Elbkühlen kleiner; der durch den.Ülkohleansatz axial größer gewordene Ring wird in .der Nut festgeklemmt,.und die abgelagerte ölkohle -S=ind zusammengepreßt.
• In Abb. 3 ist im Querschnitt eine Kolbenringanordnung gezeigt, die aus zwei L-förmigen Ringen aus Gußeisen besteht, welche einen im Querschnitt rechteckigen Ring aus einem Werkstoff,, der größere Wärmeausdehnung hat als der Kolbenwerkstoff; einschließen. Dieser eingeschlossene Ring 7 könnte z. B. aus einer Leichtmetallegierung mit größerem Ausdehnungsbeiwert gefertigt sein.
• In Abb. q: ist eine aus zwei L-förmigen Ringen 8, 9 bestehende Ringanordnung gezeigt, deren axiales Spreizen unter dem Einflug der Wärme durch einen Bimetallstreifen io erzeugt wird, der sich in der Betriebs; wärme wirft. In den Abb.3 und q: ist gestrichelt der Zustand im Betrieb- angedeutet.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE i: Leichtmetallkolben mit Kolbendichtung durch ein- oder mehrteilige; aus zwei verschiedenen Werkstoffen bestehende Kolbenringe; dadurich gekennzeichnet, daß die Kolbenringe aus Gußeisenkör_pern . mit Einlagen aus einem Werkstoff höherer ' Wärmeausdehnung als dem des Kolbens -bestehen und das Spiel zwischen Kolbenring und Kolben in -kaltem Zustand so groß gewählt ist, daß es in der Betriebswärme nahezu verschwindet. .
2. 2. Anordnung nach Anspruch i mit einer Kolhendchtung durch zwei ineinanderge- ' fügte L-förmige Dichtungsringe, die einen im Querschnitt rechteckigen Ring einschließen,, dadurch gekennzeichnet, daß der im Querschnitt rechteckige Ring aus einem ' Bimetallstreifen aus zwei den Schulterflächen der Dichtungsringe :gleichgerichteten Schichten besteht; der sich in der Betriebswärme wirft und dadurch die axiale . Höhe der Kolbendichtung bis nahezu zur Ausfüllung der Kolbennut vergrößert.