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Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen Kolben in Brennkraftmaschinen
aus Leichtmetall werden mit einem Mantel aus einem für den Lauf im Zylinder besser
geeigneten Hartmetall versehen, der meist über die ganze Mantelfläche aufgeschrumpft
oder mit dem Kern aus Leichtmetall ausgegossen wird. Dadurch geht der Vorteil, dem
Kolben ein mcglichst geringes Gewicht zu geben, teilweise wieder verloren. Günstiger
sind Kolben aus Leichtmetall, bei denen nur der unterhalb der Bolzenaugen befindliche
Mantelteil mit Bandringen aus Hartmetall besetzt ist, die ihren Halt auf dem Mantel
durch eingepreßte Rillen erhalten, wobei jedoch der Leichtmetallkern nicht mehr
die Lauffläche des Kolbens mitbildet. Es sind auch Kolben bekannt, bei denen ein
verhältnismäßig schwacher Kern mit einem gußeisernen Band schraubenförmig umwickelt
ist, das den ganzen Kernmantel umschließt. Dabei handelt es sich nicht um Leichtmetallkolben.
Bei Wellen findet sich ferner der Vorschlag, ihre Lagerzapfen mit einem Band oder
Draht zu umwickeln, um die durch die nachträgliche Wärmebehandlung der Zapfen unvcrmeidbaren
Nachteile,
des - Verziehens und der Nach=-behandlung durch Nachschleifen und des Entstehens.
von Rissen und Verspannungen zu umgehen.
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Die Erfindung > betrifft einen Leichtmetallkolben mit Nuten zur Aufnahme
der Kolbenringe für Brennkraftmaschinen, bei dem ein Mantel aus einem Metall. mit
kleinerem Diehnungsmaß verwendet wird als demjenigen des Kolbenkerns, und besteht
darin, da:ß' die Lauffläche des Kolbenmantels aus Leichtmetall unabhängig von den
Kolbenringen mit einer oder mehreren Dirahtwicklungen aus Hartmetall besetzt ist,
so daß: verhältnismäßig wenig Gewicht des Leichtmetallkolbens durch Schwermetall
ersetzt ist, der große Vorteil der Gewichtsverminderung durch die Verwendung von
Leichtmetall für Kolben also nicht wesentlich beeinträchtigt wird. Dazu kann. dünner
Draht ver-"vendet werden, der sich in mehreren. Wicklungen über die Länge des Kolbenmantels
verteilt. Da. der Kolbenmantel nach seiner C)ffnung zu weniger beansprucht ist als
an den Kolbenringen, kann er verschwächt auslaufen, aber gleich starke Wicklungen-aufweisen,
oder bei gleich starker Wandüng bestehen die Wicklungen näher seiner Öffnung aus
schwächerem Draht.
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._ Um das Dehnungsmaß, des Kolbenkerns dem seiner Drahtwicklungen
möglichst anzupassen, empfiehlt es sich, folgende Legierung. zu verwenden: Silicium
@i4o/o, Nickel :2°/o, Kupfer o,9%, Magnesium iio/o-, Rest Aluminium. Diese Legierung
hat eine Dehnungszahl von etwa o,o,ao(o@i 9 j e Grad Celsius. DIer ,Leichtmetallkolben
kann dann ohne Schwierigkeiten in Maschinen mit Zylindern, z. B. aus Gußeisen, benutzt
werden.
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Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele der Erfindung, und zwar sind
Fig. i. bis 3 Längsschnitte mit teilweiser Ansicht durch nach der Erfindung hergestellte
Kolben; Fig, 4 ist ein Teilquerschnitt, der die Festlegung des Endes der Drahtwicklung
zeigt; Fig.5 ist ein entsprechender Teilquerschnitt eines anderen Ausführungsbeispiels;
Fig. 6 zeigt noch ein drittes Ausführungsbeispiel der Drahtbefestigung an einem
Teilquerschnitt durch den Kolben; F'ig. 7: ist ein Schnitt nach Linie 7-7 in Fig.
6; Fig. & zeigt das im Beispiel der Fig. 6 und 7 benutzte Befestigungsglied
in Ansicht; Fig. g bis 1z zeigen Ansichten und Schnitte eines anderen Ausführungsbeispiels
für die D,rahtbefestigung; Fig. 1ß, bis r9 sind Längsschnitte bzw. Ansichten des
Kolbens mit noch anderen Möglichkeiten dier Drahtbefestigung.
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Fig. i zeigt einen Kolben a, an dessen Umfang eine Drahtwicklung b
angebracht ist, die sich in eine entsprechende Vertiefung am Kolbenumfang einlegt.
@ Die Wicklung ist -unterteilt, und .zwar besteht der dem Kolbenboden zugewandte
Wicklungsteil aus'einem Draht aus stärkerem Querschnitt als ,der weiter vom Kolbenhoden
entfernte Wicklungsteil. Außerdem nimmt die Wandstärke des Kolbens vom Boden zu
denn -offenen Ende hin: allmählich ab. In Fig: z ist dagegen ein Kolben. a - gezeigt,
dessen Wandstärke gleich-bleibt. Hier ist die Drahtwicklung b in drei Wicklungen
unterteilt, wobei wiederum für den dem Kolbenboden zugewandten Wicklungsteil ein
Draht von größerem Querschnitt benutzt ist als für die vom Kolbenboden weiter entfernten
Wicklungsteile. Im Gegensatz hierzu ist beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 für
alle drei Wicklungsteile ein D'ralit von gleichem Querschnitt gewählt worden. Um
trotzdem eine gleichmäßige Ausdehnung des Kolbens entsprechend den verschiedenen
Erwärmungszonen zu erreichen, nimmt die Wandstärke vom Kolben-Boden zum offenen
Ende hin allmählich zu.
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Die Befestigung der Drahtwicklung e auf dem Kolben kennte z. B. so
erfolgen, daß- das Dirahteride e (Fig. 4) eine Verdickung f erhält, z. B.
in Gestalt eines angestauchten Kopfes mit konischen Seitenwänden g, der sich in
ein entsprechendes Loch h in der Kolbenwandung a einlegt. Das Loch k ist an der
Außenseite etwas eingesenkt, wie bei i dargestellt, so daß sich der Draht mit einem
Über-_gangsb6gen einlegen kann. Da nur der Anfang der Drahtwicklung auf diese Weise
befestigt werden kann, ist in Fig, 5 ein Ausführungsbeispiel für die Befestigung
des. Endes gezeigt. Hier wird das Drahtende j durch ein zweites Loch k am Kolbenumfang
hindurchgeführt und auf der Innenseite mit einer gewissen Menge Lot-l festgelötet.
Naturgemä'ß: kann diese Befestigungsart bereits für den Anfang der Drahtwicklung
angewendet werden. Eine andere Befestigungsart für die D'rahtenden ist in Fig. 6
bis & gezeigt; hier ist in der Kolbenwandung ein Loch L vorgesehen, das einen
gröißeren Durchmesser hat als das Doppelte des D'rahtdurchmessers. [Das .Ende des
Drahtes e wird zu einem Haken n gebogen und mit Hilfe einer U-förmigen Klammer m
in das -Loch l hineingezogen. Die Schenkel o dieser Klammer m werden dann. auf der
Innenseite des. Kolbenbodens auseinandergebogen, wie in Fig. 7 dargestellt, wodurch
der Draht e mit. einer gewissen Spannung festgehalten wird. Diese Befestigungsart
kann für beide Enden der Drahtwicklung Anwendung finden.
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In den Fig. 9 bis i#2 ist eine andere Befestigungsart für die Drahtwicklung
gezeigt, bei der das Ende des Drahtes e in eine quer gerichtete Nut p eines Niets
q eingelegt wird. Der Niet q ist an seinem Kopfende als Hohlniet gestaltet und wird
nach dem Einlegen des Drahtes in die Nut p zunächst von aul,en in die Bohrung r
am Umfang des Kolbens eingeführt. Hierauf werden die Schenkel s des
Niets
q umgebogen, wie in Fig. 9 und ro, dargestellt, wobei der Niet q mit seiner Nut
p das Ende des Drahtes in die Bohrung r hineinzieht und so unter Spannung festlegt.
_ Die Festlegung der Enden der Drahtwicklung könnte auch durch Schweißen erfolgen,
wozu es sich jedoch empfiehlt, kleine Stahlstückchen it, v an dem Leichtmetallkolben
anzubringen, so daß die einfache Pünktschweißung anwendbar ist. So sind bei der.
Ausführung nach Fig. i:3. und .14 in Löchern t am Umfange des Leichtmetallkplbens
a
Stahlpfropfen ts, v eingelegt oder eingeschraubt,
an denen die Drahtwicklung b durch Punktschweiß'ung befestigt wird. Zur leichteren
Ausführung der Schweißung empfiehlt es sich, die Wandstärke der Stahlpfropfen u,
v etwa gleich dem Dirahtdurchmesser zu wählen.
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Die Befestigung der Drähte kann auch ohne Zuhilfenahme besonderer
Stahlstückchen dadurch erfolgen, daß sämtliche Drähte aneinandergeschweißt oder
hartgelötet werden. Hierzu wird zweckmäßig, wie in Fig. 15 dargestellt, am Umfang
des Leichtmetallkolbens a eine längliche Öffnung w vorgesehen, die sich quer über
die ganze Breite der Wicklung erstreckt. Hierdurch ist die Wicklung von beiden Seiten
zugänglich, so daß nunmehr jeder Draht am Nachbardraht angeschweißt oder angelötet
werden kann. Auch könnte in diesem Fall in die Öffnung w eine plattenfiörmige
Einlage x aus Stahl oder Eisen eingelegt werden (Feg. 17 und iß),
wobei es dann genügen würde. nur den Anfang und das Ende der Drahtwicklung b an
dieser Einlage festzuschweißen. Zweckmäßig besitzt die Einlage x U-förmigen Querschnitt,
wie in Fig. i9, gezeigt.