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Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen Leichtnietallkolben fier
Bnennk_räftmaschinen weisen im allgemeinen eine größere Wärmeausdehnung als die
Werkstoffe auf, aus welchen die Zylinder hergestellt werden.
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Um hier ,einen Ausgleich während des; Betriebszustandes zu- schaffen,
hat man schon vorgeschlagen, den eigentlichen. Kolbenschaft durch Anordnung von
Längsschlitzen nachgiebig' zu gestalten., Ihn vollständig von dem die Kolbenrmge
tragenden. Teil des Kolbenkopfes zu trennten und die Verbdung zwischeudiesem. und
dem eigentlichen Schaft lediglich mit Hilfe von federnden. Stegen herzustellen.
Dabei mußte man den nachgiebigen Führungsschaft durch Einlagen von Sprengringen
gegen das Zusammenklappen schützen, die den Kolbenschaft stets nach außen. spreizen.
Dies bedingt aber verstärkte Reibung und damit b ößare Abnutzung der Kolben-und
Zylindergleitfiäche: Es ist ferner bekannt, in dem Kolbenschaft oberhalb und unterhalb
der Biolzeennaben in sich geschlossene Ringe geringer Wärmeausdehnung einzulegen,
um den Schaft au: der Ausdehnung in radialer Richtung zu hemmen. Hierbei waren aber
Kolbenboden und Kolbenschaft in Richtung der Längsmittelebene des Kolbenbolzens
miteinander verbunden, -so daß die Einlageringe trotz ihrer geschlossenen Ausbildung
ihrer Aufgabe nicht gezecht werden konnten, weil der Auswirkung der irr Bereiche
der Bolzennaben größeren Werkstoffanhäufungen bei. der Wärmeausdehnung nicht entgegengewirkt
werden konnte Die Schaftteile drängen an diesen Stellen in Richtung der Zylinderwandung,
während die zwischen. ihnen liegenden tragenden, Schaftteile infolge der von den
geschlossenen Ringen, ausgeübten Kraft zurückgehalten werden. So wird der Zolben
urrund, und es ergeben sich vorzeitiger Verschleiß sowie Betriebsstörungen..
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Es sind weiterhin Kolben bekanntgeworden, bei :denen die geschilderten
Maßnahmen gemeinsam zur Anwendung gelangten., und zwar derart, _daß der durch Längsschlitze
in zwei Teile geteilte Kolbenschaft von dem die Kolbenringe tragender Teil des Kolbenkopfes
vollkommen. getrennt und mit diesem durch Stege fiedernd verbunden ist, und daß
außerdem in des Nähe der Mantelenden in sich geschlossene Ringe, geringer eingegossen
sind. Bei dieser Kolbenbauart tritt das unerwünschte Unrundwerden in geringerem
Ausmaße
ein, läßt sich jedoch iiicUt ganz vermeiden. Insbesondere hat sich gezeigt, daß
die eingegossenen dehnungshemmenden Ringe zwar das Nachinnenküppen der beiderseits
der Ringschlitze gelegenen Schaftteile, das bei nicht mit solchen. Ringen ausgezrüsbeten
Kolben unter dem EinfluS der hohen Betriebstemperatur sehr bald einzutreten pflegt,
erschweren und längere Zeit hintanhalten, aber doch nicht ganz verhindern können.
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Gemäß der Erfindung werden bei Leichtmetallkolben, für Brennkraftmaschinen,
bestehend aus Kolbenkopf und mehrfach längs geschlitztem Schaft, in. dem nahe seinen
Enden eingegossene Ringe geringer Wärmedehnung angeordnet sind; diese Mängel dadurclh
behoben daß die Ringe von im Kolbeh längs axial verlaufenden streifenförmigen Einlagen
gehalten werden, welche nach dem Gieße. im Kolben verbleiben und deren Ausdehnungskoeffizient
dem der Schaftteilstücke angeglichen ist, so daß beim Erkalten des Gußstüces geringe
Luftspalte zwischen den Einlagen. und den Schaftteilstückes entstehen. Diese Luftspalte
haben eine so geringe Bxei.te, wie sie bei mechanisch hergestellten Längsschlitzen.
oder bei mit Hilfe von nicht Kolben verbleibenden Kerneinlagen gegossenen Schlitzen
nicht erreicht werden kann. Die geringe Breite der Längsschlitze genügt, um dem
Kolben die völlige Ausdehnungsfreübtit in Umfangsrichtung zu sichern, da im xkormalen
Betrieb diejenigen Temperaturen x4rht wieder auftreten, die beim Gießen, also bei,
der- Herstellung der Längsschlitze, herrschen. Andererseits bietet die gerade bei.
Betriebstemperatur, bei der der Widerstand' gegen Verformung bekanntlich am kleinsten,
ist, außerordentlich geringe Schlitzbreite einen sehr wesentlichen Vorteil dadurch,
äaß ein etwaiges Einknicken der den Schlitzen benachbarten Sdxaftteile nur noch
in unmex'klich kleinem Maße möglich; ist. Es wird erreicht, daß ein solches Einknicken
imt-#ög; lich ist und daß die Spalte bei Betriebstejperatur völlig verschwinden,
so daß' die Schaftteile sich nach Art eines Gewölbes aufeinander ;abstützen. Dies
läßt sich dadurch erklären, daß die Einlagen. beim, Gieflexi des Kolbens nicht ganz
auf die Gießtomperatur erhitzt werden und sich infolgedessen. weniger ausdehnen
als die durch, sie ,abgeteilten Schaftteile, während umgekehrt bieixn fertigen,
im, Betrieb befindlichen: Kolben infolge schlechterer . Wärmeleitung die Temperatur
der Einlagen höher liegt als die der Schaftteile, so daß sich die Einlagen auch
etwas mehr ausdehnen.
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Um schädliche Rückwirkungen von Verlagerungen des Kolbenkopfes gegenüber
dem Schaft zu vermeiden, die sich als Folge der Explosionsvorgänge ergeben könnten,
kann -in dem erfindungsgemäßen Kolben weiterhin vorgesehen sein, daß der Kolbenschaft
in an sich bekannter Weise von dem die Kolbenringe. tragenden Teil des Kolbenkopfes
vollkommen, getrennt und mit diesem durch Stege federnd verbunden ist.
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Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Abb. i zeigt den Kolben im Längsschnitt, Abb. z einen Querschnitt
nach Linie A-A der Abb. i.
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Abb.3 zeigt einen Längsseh'nitt nach Linie 1-1 der Abb. z und Abb.4
ist der Querschnitt nach Linie B-B der Abb.3.
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Vom Kolbenkopf a werden die Bolzennaben Fr ohne Bindung mit dem. Kolbenschaft
c frei tragend festgehalten. Der Kolbenschaft c ist von dem die Kolbenringe tragenden
Teil dies Kolbenkopfes vollständig getrennt uTjd durch mehrere durchgehende Längsschlitze
in einzelne Abschnittei unterteilt. Die radiale Ausdehnung .dieser Abschnitte wird
durch Ringe a" von, geringer Ausdehnung geblemmt. Die Verbindung, zwiächen dem Kolbenkopf
,a und .dem Schaft e bilden federnde Stege t derart, daß die Kolbenringzone von
&xr Stegen durch einen Spalt getrennt bleibt.
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Durch entsprecUmde Auswahl des Werkstoffes für die ausdehnungshemmenden
Ringe d und ihrer $emessung kann man ihre die Ausdehnung des Laufschaftes c hennmende
Wirkung den gegebenen Betriebsverhältp4ssen und der Art des Zylindexwerkstoffeo
anpassen. Auf diese Weise wird ein gleichbleibendes Laufspiel des Kolbens bei clen.
in Frage kommenden Betriebstemperaturen gewährleistet.
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Bei der Herstellung des Kolbens werden. die ausdehnungshemmenden Ringe
d in desgewünschten: EntfL-rnung und Lage zueinander mit Hilfe von Einlagere gehalten,
M die Gießkokillen bzw. Gießform eingesetzt und. dann vom Kolbenwerkstoff umgossen.
Der Ausdehnungskoeffizient der Einlagere ist dem des Kolbenwerkstoffes angeglichen,
so daß beim Erstarren iwischen den Einlagere und dien eingegossenen Kolbenwerkstoff
durch Schrumpfen geringe Luftspalte entstehen. Auf diese Weise erfolgt durch die
Einlagere gleichzeitig die mehrfache durchgehende Längsschlitzung dies Kolbenschaftes
c, so daß hierfür spätere mechanische Arbeiten nicht mehr exfomä,exli(-Ih sind.