DE762478C

DE762478C - Einstueckiger Arbeitskolben fuer Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE762478C
Application number: DEJ67098D
Authority: DE
Inventors: Walter Gerecke
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1940-05-29
Filing date: 1940-05-29
Publication date: 1954-07-12

Description

Einstückiger Arbeitskolben für Brennkraftmaschinen Die bisher bekannten Kolben für Brennkraftmaschinen, die im Betrieb neben hohen mechanischen Beanspruchungen auch bedeutenden Wärmebeanspruchungen unterworfen sind, werden aus Metall hergestellt. Durch die gute Wärmeleitfähigkeit des Metalls erfolgt nun naturgemäß eine starke Wärmeabfuhr über den Kolben an die Zylinderbüchse, so daß dadurch außer einer höheren Wärmebelastung der Laufbüchse auch noch Verluste in der Leistung des Motors festgestellt werden können. Als weiterer Nachteil der Metallkolben sei der Umstand erwähnt, daß die zum Zweck der Abdichtung vorgesehenen Kolbenringe darum zusätzliche mechanische Beanspruchungen erleiden, weil der Spalt zwischen Kolben und Laufbüchse im kalten Zustand verhältnismäßig groß gewählt werden muß, um ein Klemmen des Kolbens bei zunehmender Temperatur infolge der starken Ausdehnung des Werkstoffes zu vermeiden.
Um diesem Übel abzuhelfen, sind schon verschiedene Wege beschritten worden. So hat man z. B., um Kolben mit geringem Spiel einbauen zu können, die Mantelgleitschuhe des Kolbens paarweise durch Streifen aus Invarstahl mit dem Bolzenauge verbunden. Vermöge dieser eingegossenen Invarstreifen, die aus hochprozentigem Nickelstahl bestehen und nur eine geringe Wärmeausdehnung besitzen, können sich die Gleitschuhe in radialer Richtung nur wenig ausdehnen, so daß derartige Kolben schon einen gewissen Fortschritt darstellen. Allerdings ist bei ihnen eine gegenüber gewöhnlichen Kolben verminderte Wärmeabfuhr an die Laufbüchse noch nicht erreicht.
Man hat schon versucht, die heißen Verbrennungsgase überhaupt vom eigentlichen Kolbenkörper fernzuhalten und zu diesem Zweck Teile des Kolbens mit OOuarz verkleidet. Aus ähnlichen Gründen wurde auch schon vorgeschlagen, Arbeitszylinder und Zylinderdeckel mit einem Ouarzbezug zu v ersäen. Solche Maßnahmen führten jedoch in der Praxis nicht zum Ziel. Das liegt wohl daran, daß Ouarz, ein Produkt aus Ouarzsand, als Kolbenwerkstoff völlig ungeeignet ist in der Hauptsache deswegen, weil der körnige Abrieb dieses -Materials als Schmirgel wirkt.
Aufgabe der Erfindung ist nun die Schaffung eines Kolbens, der die Nachteile der bekannten Einrichtungen vermeidet.
Das Neue der Erfindung ist darin zu erblicken, daß der einstückige Kolbenkörper aus Quarzglas hergestellt wird.
Quarzglas, welches im allgemeinen aus Bergkristall im Elektroofen erschmolzen wird, bildet einen Werkstoff von besten chemischen und physikalischen Eigenschaften. Dies geht beispielsweise schon daraus hervor, daß glühend gemachtes Ouarzglas beim Eintauchen in eine Flüssigkeit nicht springt. Der Wärmeausdehnungskoeffizient beträgt 4 - io 7. Damit übertrifft er alle anderen im Kolbenbau bisher verwendeten Werkstoffe, insbesondere auch den Invarstahl, dessen '%'ärmedehnzahl 9 # io-e beträgt, um ein beträchtliches. Seine Festigkeitseigenschaften behält Ouarzglas bis zu Temperaturen von etwa i2oo@ C bei. Es hat außerdem eine sehr gute chemische Widerstandsfähigkeit gegenüber Wasser und Säuren.
DieserWerkstoff bietet somit vor allem den Vorteil, daß er nicht nur hohe Druckbeanspruchungen aufzunehmen imstande ist, sondern auch wegen seiner sehr geringen `t'-ärmedehnung eine Einpassung des Kolbens im Zylinder im kalten Zustand mit sehr geringem Spiel ermöglicht. Außerdem wird die Laufbüchse weniger stark erwärmt, weil die Wärmeabfuhr aus dem Arbeitsraum über den Kolben an die Laufbüchse wegen der geringen Wärmeleitfähigkeit von Ouarzglas beträchtlich herabgesetzt ist. Demzufolge erfährt aber auch die Laufbüchse bei Verwendung eines Kolbens gemäß der Erfindung eine geringere Ausdehnung bei Betriebstemperatur, so daß keine erhöhte Belastung der Kolbenringe wegen Vergrößerung des Spiels zwischen Kolben und Laufbüchse zu befürchten ist. Diese geringe Veränderung des Spiels zwischen Kolben und Laufbüchse begünstigt auch die Verwendung eines geschlossenen Feuerringes.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung im Schnitt dargestellt.
Der Kolbenkörper i ist aus Quarzglas hergestellt und trägt einen kreisringförmigen geschlossenen Feuerring 2 (Dichtungsring). dessen Ouerschnitt L-förmig ist. -Mit dem Flansch 3 ragt der Feuerring in eine Ringnut 4 des Kolbenkörpers i vor. Zur Aufnahme weiterer Kolbenringe sind die -Nuten 5 vorgesehen. Der Kolbenbolzen 6 ist unter Zwischenlage von elastischen, z. B. aus Kunstharzstofffen gefertigten Büchsen ; in der Bohrung 8 des Kolbenkörpers i gelagert.
Der erfindungsgemäß ausgestaltete Kolben ist gegen hohe Verbrennungstemperaturen äußerst widerstandsfähig. Eine Wärmeabfuhr über den Kolben ist infolge der schlechten Wärmeleitfähigkeit des Werkstoffes praktisch nicht möglich. Die geringen Wärmeverluste ergeben mithin einen thermisch besseren Wirkungsgrad des Motors.

Claims

PATENTANSPRUCH: Einstückiger Arbeitskolben für BrenII-kraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet. daß der Kolben (i) aus Quarzglas hergestellt ist. Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: Deutsche Patentschriften Nr. 183 075, 47i 644# 582 444; schweizerische Patentschrift Nr. 83 573: USA.-Patentschrift N r. 1 467 255.