DE810205C

DE810205C - Light metal pistons for internal combustion engines

Info

Publication number: DE810205C
Application number: DEP20589A
Authority: DE
Inventors: Curt Dr-Ing Buecken
Original assignee: Karl Schmidt GmbH
Current assignee: Karl Schmidt GmbH
Priority date: 1948-11-04
Filing date: 1948-11-04
Publication date: 1951-08-06

Description

Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen Gegenstand der Erfindung ist ein Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen. Diese Kolben unterliegen während des Betriebes bekanntlich Temperaturen, die vom Kolbenkopf zum offenen Schaftende stark abfallen. Um zu erreichen, daß die Kolben während ihres Laufes zylindrische Form annehmen und damit eine einwandfreie Abdichtung gegenüber den "Zylinderwänden gewährleisten, werden die Kolben, ihren Wärmeausdehnungskoeffizienten und den Wärmedehnungsverhältnissen ihres Werkstoffes und dem Zylinderwerkstoff entsprechend, ausgebildet. Die Gestalt der Kolben wird so gewählt, daß sie sich nach dem Kopf hin verjüngen und kegelstumpfförmig oder ballig geformt sind.Light metal pistons for internal combustion engines are the subject of the invention is a light metal piston for internal combustion engines. These pistons are subject to during of the operation is known to be the temperatures from the piston head to the open end of the shaft drop off sharply. To make the pistons cylindrical during their travel Assume shape and thus a perfect seal against the "cylinder walls ensure the pistons, their coefficients of thermal expansion and the thermal expansion ratios according to their material and the cylinder material. The figure the piston is chosen so that they taper towards the head and are frustoconical or are spherical in shape.

Ein bearbeitungsgemäß hergestellter Kolben dieser Ausführungsform erhält insbesondere im oberen 'feil seines Schaftes verhältnismäßig viel Spiel. hierdurch besteht aber die Gefahr, daß die Kolben im kalten Zylinder und auch während aller Betriebszustände des Teillastbereiches nicht mehr störungsfrei arbeiten. Außerdem muß befürchtet werden, daß der steife Kolbenmantel hauptsächlich während des Einlaufens zum Fressen neigt, weil örtliche Druckbeanspruchungen nicht elastisch aufgenommen werden können.A piston of this embodiment made by machining receives a relatively large amount of play, especially in the upper part of its shaft. but this creates the risk that the pistons in the cold cylinder and also during of all operating states of the partial load range no longer work properly. aside from that It must be feared that the stiff piston skirt mainly during the run-in tends to seize because local pressure loads are not absorbed elastically can be.

Um diesen Übelstand zu vermeiden, wurde der Kolbenmantel auf der druckentlasteten Seite geschlitzt. Die Schlitze wurden dabei vorzugsweise U- oder T-förmig geführt. Diese Schlitze sind dabei unter Zuhilfenahme eines oder mehrerer Querschlitze gebildet, indem z. B. ein solcher Querschlitz, der den Kolbenkopf mit seiner Ringpartie vom Schaft trennt, mit zwei Längsschlitzen zusammen die Gestalt eines U-Schlitzes ausmacht. Der in dieser Weise aus dem Mantel ausgeschnittene Teil stellt einen federnden Gleitschuh dar.To avoid this inconvenience, the piston skirt was slit on the pressure-relieved side. The slots were preferably made in a U or T shape. These slots are formed with the help of one or more transverse slots by z. B. such a transverse slot, which separates the piston head with its ring belt from the shaft, together with two longitudinal slots makes up the shape of a U-slot. The part cut out of the jacket in this way represents a resilient sliding shoe.

Aber auch diese Maßnahme ist nicht frei von Nachteilen. Vor allem macht sich der durch die verschiedenen Schlitze geschwächte Kolbenmantel vorzugsweise bei längerem Lauf nachteilig bemerkbar, weil der Mantel seine Festigkeit und Form einbüßt und der Kolben alsdann zu klappern beginnt. Außerdem steigt der Ölverbrauch an. Oft wird er so hoch, daß der Motor zerlegt und neue 'Kolbensätze eingebaut werden müssen.But even this measure is not free from disadvantages. Above all the piston skirt, weakened by the various slits, is preferred at noticeable disadvantageously after a longer run because the jacket loses its strength and shape and the piston then begins to rattle. In addition, the oil consumption increases. It is often so high that the engine is dismantled and new piston sets are installed have to.

Um zu verhindern, daß Querschlitzkolben mit einseitig federndem Gleitschuh eine zu große Schwächung des Trägheitsmomentes an der am stärksten auf Biegung beanspruchten Stelle unterhalb des Kolbenbolzenauges und eine unzulässig große elastische Verformung des Kolbenschaftes vorzugsweise unterhalb des Ringteiles erfahreil; wurde auch schon dazu übergegangen, unterhalb des Kolbenbolzenauges eine Randver-rippung vorzusehen, die sich sowohl zum geschlossenen Kolbenschaft als auch zum Kaibenbolzenauge hin erstreckte. Ohne Zweifel gelingt, es hierdurch, eine Verbesserung der Standfestigkeit der freistehenden Mantelteile zu erreichen.To prevent cross-slotted pistons with a spring-loaded sliding shoe on one side Too great a weakening of the moment of inertia at the one most exposed to bending Place below the piston pin eye and an impermissibly large elastic deformation of the piston skirt preferably below the ring part experienced; was already switched to providing edge ribbing below the piston pin eye, which extend towards both the closed piston skirt and the Kaibenbolzenauge extended. There is no doubt that this leads to an improvement in stability to reach the free-standing shell parts.

Es hat sich jedoch bei einer solchen Kolbenausbildung auch gezeigt, daß mitunter die elastischen Eigenschaften der zum Kolbenaufbau verwendeten Leichtmetallegierungen hinter den Erwartungen zurückgeblieben sind, weil die durch besondere Wärmebehandlungsverfahren erreichbaren hohen Elastizitätswerte im Kolbenbaustoff unter dem Einfluß der Betriebstemperaturen mehr oder weniger verlorenge-hen. Daher ist die Fachwelt auch schon dazu übergegangen, einen anderen Weg zur Aufrechterhaltung dauernder elastischer Eigenschaften des Gleitschuhteiles einzuschlagen, indem Federstählglieder vorgesehen wurden. Die letzteren erhielten verschiedenartige Gestalt. In der Regel sind sie platten-, rahmen- oder hügelartig geformt und paarweise so angeordnet, daß sie die Bolzenaugen umfassen und längs der Richtung von Sehnen innerhalb des Kolbens verlaufen, so daß sie den Abstand der Mantelwand an einander gegenüberliegenden Stellen bestimmen. Sie sind zu diesem Zweck in der Mantelwand verankert. Indem diese Federstahlglieder aus einem Werkstoff hergestellt werden,, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient kleiner ist als der des Kolbenwerkßtoffes, gelingt es, die Zylinderform des Kolbens während des Laufes zu gewährleisten.However, with such a piston design it has also been shown that that sometimes the elastic properties of the light metal alloys used for piston construction have fallen short of expectations because of the special heat treatment processes achievable high elasticity values in the piston material under the influence of the operating temperatures get more or less lost. Therefore, the professional world has already gone over to another way of maintaining permanent elastic properties of the Knock in the sliding shoe part by providing spring steel members. The latter received various forms. As a rule, they are panel, frame or shaped like a hill and arranged in pairs so that they encompass the bolt eyes and along the direction of tendons within the piston so that they extend the Determine the distance between the jacket wall at opposite points. they are anchored in the shell wall for this purpose. By making these spring steel links from one Material are produced, whose coefficient of thermal expansion is less than that of the piston material, it is possible to maintain the cylindrical shape of the piston during the To ensure the run.

Der Einbau derartiger Regulierglieder ist jedoch vielfach schwierig und bei Kolben mit einseitig vorgesehenem Gleitschuh nicht in der bisher durchgebildeten Gestaltung unbedingt erforderlich.However, the installation of such regulating members is often difficult and in the case of pistons with a sliding shoe provided on one side, not in the one previously formed Design absolutely necessary.

Erfindungsgemäß wird bei enfm Gleitschuhkolben, dessen federnder Schaftteil vom Kolbenkopf durch einen Querschlitz getrennt ist, an den sich beiderseits Längsschlitze anschließen, auf der so entstehenden Gleitschuhseite, die beim Aufwärtsgang lediglich die Kräfte aufzunehmen hat, die durch den Kompressionsdruck wirksam werden, ein Federstahlglied so angeordnet, daß es den unteren Teil der Kolbenbolzenaugen mit der gleitschuhförmig gestalteten Mantelwand verbindet. Statt Stahl können auch andere Werkstoffe hoher Elastizität, die absolute Gewähr dafür geben, daß die Federung auch unter lang einwirkenden Betriebstemperaturen nicht leidet, vorgesehen sein. Je ein solches Glied wird zweckdienlich an je einem Kolbenbolzenauge vorgesehen.According to the invention, the resilient shaft part of enfm sliding shoe piston is separated from the piston head by a transverse slot with longitudinal slots on both sides connect, on the sliding shoe side that is created in this way, which only applies to the upward gear has to absorb the forces that become effective due to the compression pressure Spring steel member arranged so that it connects to the lower part of the piston pin bosses the sliding shoe-shaped shell wall connects. Instead of steel, you can also use others Materials of high elasticity, which give an absolute guarantee that the suspension also does not suffer from long-term operating temperatures. Such a link is expediently provided on each piston pin boss.

Die Abbildungen stellen ein Ausführungsbeispiel dar.The figures show an exemplary embodiment.

Die Abb. i zeigt einen Kolben im Längsschnitt; die Abb. 2 ist ein Schnitt in der Richtung A-B; die Abb. 3 veranschaulicht einen Querschnitt in Richtung C-D.Fig. I shows a piston in longitudinal section; Fig. 2 is a Section in the direction A-B; Fig. 3 illustrates a cross-section in the direction CD.

Der Kopf 2 eines Leichtmetallkolbens für Brennkraftmaschinen ist mittels Rippen i mit den Kolbenbolzenaugen 3 verbunden. Auf der druckentlasteten Seite ist der Kopf 2 vom Kolbenschaft 7 durch einen Querschlitz 4 getrennt, dem sich beiderseits Längsschlitze 5 anschließen, die sich nach abwärts bis zur Unterkante der Bolzenbohrung erstrecken. Dieser gleitschuhförmige Mantelteil 8 ist durch Glieder aus Stahr oder einem anderen federnden metallischen Werkstoff mit dem unteren Teil der Kolbenbolzenaugen verbunden. Die Glieder 6 sind unterhalb der Bolzenbohrungen in den Nabenwerkstoff eingegossen und auf diese Weise verankert. In diesem Teil des Kolbens ist noch eine hohe Festigkeit vorhanden, weil die Betriebstemperaturen daselbst unzulässig höhe Werte nicht mehr annehmen. Die Federglieder 6 sind zweckdienlich so gestaltet, daß insbesondere dem oberen Teil des gleitschuhförmigen Mantelteiles 8 hohe Elastizität gegeben wird. Die Befestigung der Glieder 6 mit den Seitenteilen der gleitschuhförmigen Mantelwand erfolgt durch Eingießen in daselbst angeordnete wulstartige Verdickungen 9.The head 2 of a light metal piston for internal combustion engines is means Ribs i connected to the piston pin bosses 3. On the pressure-relieved side is the head 2 separated from the piston skirt 7 by a transverse slot 4, which is on both sides Connect longitudinal slots 5, which extend downwards to the lower edge of the bolt hole extend. This sliding shoe-shaped casing part 8 is made up of links from Stahr or another resilient metallic material with the lower part of the piston pin bosses tied together. The links 6 are below the bolt holes in the hub material poured in and anchored in this way. There's another one in this part of the piston high strength available because the operating temperatures are inadmissibly high there Don't accept values anymore. The spring members 6 are expediently designed so that in particular the upper part of the sliding shoe-shaped casing part 8 has high elasticity is given. The attachment of the links 6 with the side parts of the shoe-shaped The jacket wall is made by pouring it into bead-like thickenings 9.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Light metal pistons for internal combustion engines with a spring-loaded sliding shoe on one side, which is rotated from the piston head through a transverse slot to which longitudinal slots adjoin on both sides, characterized in that spring members (6) are provided only below the piston pin bosses (3) and are located on one side after the sliding shoe wall (8) extend.

2. Light alloy piston after Claim i, characterized in that the spring members (6) in the lower part of the Piston pin bosses (3) on the one hand and in the jacket wall of the sliding block (8) on the other are poured.

3. Light metal piston according to claims i and 2, characterized in that that the sliding shoe-shaped jacket wall (8) opposite the lower part of the piston pin bosses Has bead-like thickenings (9) in which the spring members (6) are anchored are.