DE808300C - Leichtmetallkolben, insbesondere für Brennkraftmaschinenkolben - Google Patents

Description

• Leichtmetallbolzen, insbesondere für Brennkraftmascliinenkolben Wenn man die Leistung von Brennkraftmaschinen steigern will, so kann man das in erster Linie durch Steigerung des Kompressionsverhältnisses und der Drehzahl erreichen. In beiden Fällen steigt dabei auch die Beanspruchung der Triebwerksteile durch den Verbrennungsdruck und durch die auftretenden Fliehkräfte. Eine Gewichtsverminderung ist daher zum Zwecke der Verminderung der Massenkräfte dringend erwünscht.
• Es hat nun nicht an Versuchen gefehlt, die angestrebte Verminderung dadurch zu erreichen, daß man außer dem Kolben auch noch andere Teile, insbesondere den- Kolbenbolzen aus Leichtmetall herzustellen vorschlug. So wurde z. B. schon vorgeschlagen, die üblichen Stahlbolzen durch Aluminiumbolzen zu ersetzen, deren Lauffläche durch eine Stahlhülse bewehrt ist und in deren Wandungen außerdem noch Armierungen aus Stahl eingegossen sind. In der Praxis konnte sich dieser Vorschlag nicht durchsetzen, weil die Herstellung der Bolzen aus mehreren "heilen eine erhebliche Verteuerung mit sich bringen würde und auch zu Unzuträglichkeiten im Betrieb durch Lockerwerden der Stahlhülsen Anlaß geben würde. Außerdem wäre man auf gegossene Bolzen-angewiesen, deren Festigkeit weniger groß ist als die von Bolzen aus geschmiedeten Werkstoffen, und schließlich könnte wegen der Stahlhülse auch der, angestrebte Vorteil der Gewichtsverminderung nur zu einem gewissen Teil erreicht werden.
• Gegeristand der Erfindung ist nun ein Leichtinetallbolzen, der diese Nachteile nicht aufweist und trotzdem gute Festigkeits- und Laufeigenschaften hat. Das Kennzeichen dieses Bolzens ist ein auf seiner Lauffläche unlösbar und dicht aufgebrachter verhältnismäßig dünner Schwermetallüberzug, der z.13: aus einer galvanisch aufgebrachten Chromschicht oder aus einer im Metallspritzverfahren aufgel»-achten Eisen- oder sonstigen Schwermetallschicht bestehen kann. Eine derartige Schicht gewährt eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit im Zusammenhang mit allen in Frage kommenden

  Lagerungsarten sowohl in Graugull- als auch in

  1.elchtllletallkolben 1111d 111 Pleuelstangen 1111t

  Büchsen aus Bronze, Stahl odel" Leichtmetall. Die

  Schicht 1a1111 so dülm gelmhen werden, daß sie

  auf das Gewicht des Bolzens keinen lennenswcrten

  1@.lpflul.l hat.

  1@agcgetl kann nixti die \;'alidstärkcn (Irr Bolzen

  urlmblich grillier wähleli als die der handelsüblichen

  Stalill)olz('ii. 1)a sich die spezifischen (iewicltte der

  i11 Wage kommende]] 1.ci<htmctallegieruttgcll zu

  dcliell der handelsüblichen Bolzellstähle etwa wie

  I : i i =hallen. kann inan dabei tnltzdem eine er-

  li(,l)liclic (äewichtscrsparnis erzielen. /a, es ergibt

  "icli sogar die Möglichkeit. trotz der Gcwicllts-

  ersparnis durch entsprechende \'crgr@ßcrung der

  Wandstärken die Beständigkeit der Lciclltmetall-

  bolzzell gegenüber Stalill)olzcll noch zu erhöhen.

  I)ics erscheint überraschend. wend inan (teil Bolzen

  115 einen auf Biegung lwang)1-tclltl'll. 11l (1e11

  Bolzellllabell eillgespalllltell Stab I)etrachtet und

  dementsprechend annimmt, claß das Wi(lerAands-

  lllolllellt des Olierscllnitts im sell)en \-'cr?chnis ver-

  größert werden müsse, in dem die zulässige Biege-

  1)eallsprttcllull;# (]es Stahles gi"()I:ier ist als die der

  zu vcr\vcti<Ictiden I.ciclitnict;lllcgicritiig. 1':;11c solche

  1>etrachtung \vird jedoch (teil Tatsachen ]licht ge-

  recht, weil C'111 Stahlbolzell tatsächlich nicht 1)1s

  zum Erreichen der zulässigen lhegeslmlniuiig.

  sondern nur so weit beansprucht \vet-den darf, daß

  die durch die auftrewndcli lhrüfte verursachte Ver-

  formung unterhalb eines bestimmten sehr kleinen

  Grenzwertes bleibt. Null. kann aber bekanntlich

  trotz des vcrll<iltllism@il.lig kleineren Elastizitäts-

  modllls (11C' <'1;1@11@1'li(' \ ('rlorillung eines Aluminium-

  oder \lagll('sirlllll:ilrl,c'rs I,ui@cicllcr I>clastiitt`,

  kleiner s1'111 <1m du ('M SI:lldud"'r, \"1l gb'Iswm

  Gewicht, und deshalb 1,@@lllil'll 1.@ il hilllll:lllli@l@@ Il

  1)e1 entsprechende;' 1'(1@11iellilll@ III d1,--1 1 llll-i, 111

  sogar noch geeignete]" seil] als stal1lll,dzull.

  L-111 außer den; Widerstand gcgcii \ cl-fm

  r

  mutig auch ]loch die etwa im Verhältnis 3 : ->

  schlechteren Festigkeitseigenschaften zu berück-

  sichtigen- (handelsüblicher I>()lzcnstahl hat eine

  Zugfestigkeit voll 6)o kg/rllm=, denige-enübcr stellen

  Leichtilletallklietlcgiertiligcll Illit einer zu,rfestig-

  keit voll 4o kgInnt zur \!t'rlllgtnlg), ist C's mäßig. 1)e1 hohlzylindrischen holl)cnl)@Izeli der;

  Tnneildurchmesser so zu wählen, dafi er kleiner ist

  als die Hälfte des Aul;endurchniessers. Wegen des

  im Verhältnis i i : 4 klehieren spezifischen (3e-

  .wiclltes der Lcichtmetallegierungcr crgil)t sich da-

  bei trotzdem noch eine l-#e\\-ichtsersparnis voll

  rund 4o1./o.

  Selbstverständlich ist male 1)c1 der \ crwcndung

  von Mclunlctalllx)lzcn leicht auf die einfache

  geonmthsdlc ;']]rill dt's 11ohlz\'llndeu angewiesen.

  1)a sich Lcichtlm('tnll =Mich einfacher ver-

  arbeiten lä!t als Stahl. 1,;1111l inau vk'Imuhr auch auf

  kompliziertere 1'r(11;11' zurückgreifen, welche die

  auftretende]; hrüftc Ina,('I aufzunehmen in (]ei"

  Inkc sind. Ins!wuruk in ist 1)c1 1_cichttnemllholzen

  auch (las all sich 1)e1 St;r?Illx)lzen bekannte @er-

  1:111"C'71 Itlr Erzich-in- cincs lachw:'rlartlgen Holze]]-

  aufbaues wirtschaftlicher, das darin besteht, daß

  inan all ,Stelle einer einzigen zentralen Bolzen-

  l,ohrung mehrere parallel zur Bolzenachse vier-

  taufende Bohrungen voll kleinerem Durchmesser

  vorsieht. Durch diese Maßnahme wird das bei

  dünnwandigen Stahlbolzen zu beobachtende Oval-

  iverden des Bolzenquerschllittes verhindert. 7wec1:-

  inäßigerweise ordnet inall die Bohrungen so all,

  daß der voll ihnen eingenommene Raum kleiner

  ist als die Hälfte des verbleibenden Restvolumens

  des Bolzens.

  Bei im Kolben filierten Kolbenbolzen, die sich

  im Betrieb nicht drehen und daher im weseiltlichen

  nur in Richtung del- voll der Kolbenlängsachse

  wellig abweichwiden verschiedenen Pleuellagen be-

  :msprucht sind, kann man vorteilhafterweise die

  i#oi"ni des Bolzens auch so wählen, daß der Bolzen-

  hohWauni einen ovalen Oiterschnitt aufweist, dessen

  kleine Ovalachse in Dichtung der Kolbenlängs-

  achse liegt. Eine ;olchc Holzenquerschnittsform

  gewährleistet in dieseln ltcs(mderen Falle 1)e1

  kleinstem \\ crksmEaufwand chlcli an allen Stellen

  ctlva gleich grollen Verformungswi<lcrstanet.

  Au13er doll guclltldertell \'orzugen erreicht man

  durch die An\vendung von Leichtmeta11bdzei ge-

  mäl3 der 1?rfiltdtiiig auch noch den weiteren Vorteil,

  (iiil.j (11e Wärlneabfllhrung von] Kolben über die

  Kolbenbolzen und die Pleuelstange wesentlich ver-

  Cssert wird, weil das Leichtmetall des Bolzens

  rille etwa dreii@lcligl-ößere f\7zii-ineleitfäliigkeit auf-

  weist als der Adler übliche Bolzenwerkmoff Stahl.

  Ein weiterer Vorteil bestellt darin, daß bei Ver-

  .welldung voll Wichtmetallkolben und Leichtmetall-

  pleuelstangen die \1'änneatis(leliiiuiig dieser Bau-

  teil dieselhe ist wie die vier holl)enbolzen, so daß

  ,i1'11 11;1'11l wie l»sher infolge unterschiedlicher

  \\ I Il]; d@llllllll:,.tll ('inu 1111:1111et1('Ittll(# \('t-gl'(lßel-llli@

  1,'I :llll.lll"ll-II 1l: @@II@`Ili'll I':l@@llll;@t'I@ I'r;@Il@t, dir

  111111m1 @I.nl;ll;, ", I.I:'nll@,iiyli'll 1111n1 @l'll'@l'lltllllt

  /illll An-,l,l.l@;@ll d, I I@@II@t'llli@ll/.l'll geführt hat.

  1':1t tvt'iltm r M lt'il ist die Wirtschaftlichkeit

  des llcr#lt'lhtlg.\ci-fr1111-clls. Leichtmetallrohre

  lassen sich itl allen gewünschten A1)inessungell

  billig herswIlen und leicht bearbeiten. ;1uf.ierdem

  wird die bei Stalill<oll)eni#olzeii bisher notwendige

  zeitraubende und vor allen Dingen nicht immer

  ganz sichere Wärmebehandlung durch Einsatz-

  härtung überflüssig, da die Verschleißfestigkeit der

  ei-fiilduiigsgetli;il.i aufzubringenden Überzüge, ins-

  besondere der Chromüberzüge diejenige voll ge-

  härtetem Stahl sogar noch ül)ertrilit. .Auch die

  Lildbearbeitung der Bolzet] ist einfacher. da sich

  insbesondere Chrornüberziige genau maßhaltig auf

  die Bolzen aufbringest lassen.

  11l der Zeichnung ist in (teil Fig. i und ? t'111

  normaler Stahlbolzen bisheriger Ballart An--

  gleichwertigen Leichtmetallbolzen gemäll 111'r 1.I

  iindung gegenübergestellt. Wie 111a11 sich]. I#,1 die

  iVandsdrk2 des mit 1 bezeichnetet I.t'It'llllli('tal?-

  ?()lzcns ct\\-;t <11)1)1)c11 so gmß als (1;c du> finit 2 be-

  zciciltletcn Stahlholzells. Mz(I('lli wiegt der

  Lcichtnletallbolzell nur C'l\\a r)()l@@p des (.@e\1'llllt@

  des Stallll)olzells. 1)1C' Laufflache des Leichtmetall-

  Bolzens trägt eine mit 3 bezeichnete Chromschicht,

  die ist tlcs- Zeichnung als stiirkerc# Linie ;ltt-

  gc<Ic»tct ist.

  l@ ig. 3 zeigt einen Querschnitt durch citi Aus-

  des Erfind»ngsge#gctsstandcs, 1>c1

  dem an Stelle einer einzig,cst I@ttlzc»hohrung

  mehrere achsparallele Bolts-ttttgl#st 4 tt,rgcscltcn sind,

  zwischen denen Stege 5 stclt<stltlciltc», die den

  Bolzenquerschnitt ähnlich \\-1(# eist Dachwerk gegen

  Deformation schützen.

  In Fig. 4 ist eine z@tcckt»;il@igc Querschnittsform

  durch einen Bolzest dargestellt, der undrehbar in

  den Kolben cittgclrt»t t@crdcn soll. Der Hclltl-

  raurn 6 dieses l><tlzl#tts weist die OOuerschnittsfo@rtn

  eines flachen Ovals @ltsf, dessen kleine Achse par-

  2lllel 7111- l@olzcstl;ittgsachse gerichtet ist. Man kaust

  sich diesen I@ttlzc#tt aus zwei Hälften z-usammen-

  (,csctzt clcstkctt. slic i» Bezug auf Kriiftl" t@'clcltc i11

  der Ebene der kleinen Ovalachse attgt-cifcts, Kcirltcr

  "-lcicltctt Biegewiderstandes bildest. I)cr Holzen hat

  claltcr bei kleinstem 1\7erkstoffattit\atttl cIcst gt-öf@t-

  möglichen Verformungswiderst:md -c-en die Wir-

  der an ihm angreifenden l@r;iftc.

Claims (1)

1. PATEN-TA NS PR C; c:11 E: t. l\-olltcttl>olzetl aus I.c#irhitttct;sll. z. 1i. atts (-Mut- .\Itttttisti»m- oder \I;s@ttcsits»sleicr»tt. dadurch gekennzeichnet, daß auf die Lauffläche des Bolzens eine verschleißfeste Schicht aus Schwermetall unlösbar und dicht anliegend auf- gebracht ist. 2. Kolbenbolzen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß seine Lauffläche mit einer grtlvatliscli aufgebrachten Chromschicht be- wehrt ist. 3. Kolbenbolzen nach Anspruch i, gekenn- zeichnet durch eine nach dem Metallspritzver- fahren auf seine Lauffläche aufgebrachte Schicht aus Eisen oder einem anderen Schwermetall. Hohlzylindrischer Kolbenbolzen nach den :\stspriichen i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sein Innendurchmesser weniger als o,5 des :Außendurchmessers mißt. ,5. Kolbenbolzen nach den Ansprüchen i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere parallel zur Bolzenachse angeordnete Bohrungen vor- gesehen sind, die zusammengenommen weniger Rattm einnehmen- als das verbleibende Rest- volumen des Bolzens. 6. Nicht drehbarer hohler Kolbenbolzen nach den Ansprüchen i bis 3, dadurch gekennzeich- net, daß der Hohlraum einen ovalen Quer- schnitt hat, dessen kleine Ovalachse in @IZich- ttltig der I@ttlltettla»gsachse liegt.