DE863430C

DE863430C - Light metal pistons for internal combustion engines

Info

Publication number: DE863430C
Application number: DEM3649D
Authority: DE
Inventors: Walter Kohler
Original assignee: Mahle GmbH
Current assignee: Mahle GmbH
Priority date: 1942-09-01
Filing date: 1942-09-01
Publication date: 1953-01-19

Description

Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen Die Erfindung betrifft einen Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen, dessen sich bei Erwärmung einwärts krümmender Bimetallmantel durch Querschlitze oder Durchbrechungen vom Kopfteil getrennt und mit einem oder mehreren Längsschlitzen versehen ist.Light metal pistons for internal combustion engines The invention relates to a light metal piston for internal combustion engines, which moves inwards when heated Curving bimetallic jacket separated from the head part by transverse slits or perforations and is provided with one or more longitudinal slots.

Bei den bis jetzt bekanntgewordenen derartigen Kolben wurde der Bimetallmantel stets dadurch geschaffen, daß an der Innenseite der aus Leichtmetall bestehenden Laufflächen Eiseneinlagen eingegossen wurden.The bimetallic jacket was used in the pistons of this type which have become known up to now always created by the fact that the existing light metal on the inside Treads iron inlays were cast.

Im Schrifttum ist zwar schon vorgeschlagen worden, einen Bimetallmantel aus dem Kolbenwerkstoff und einer geteilten Einlage aus anderem Metall, also nicht nur aus Eisen, zu bilden, in der Praxis wurde aber von dieser Möglichkeit kein Gebrauch gemacht. Für die Art von Kolben, auf welche sich der vorveröffentlichte Vorschlag bezieht, hätte die. Verwendung eines anderen Metalls als Eisen auch gar keinen Sinn gehabt,. sondern höchstens einen Rückschritt bedeutet. Es handelt sich nämlich dort um einen Kolben, dessen Mantel ungeschlitzt ist. Bei dieser Ausführungsform kann durch die bimetallische Ausbildung des Mantels nur die Dehnung des senkrecht zum Kolbenbolzen gerichteten Schaftdurchmessers vermindert werden, während im Bereich der Bolzenaugen eine erhöhte Ausbauchung erfolgt, die nur dann in erträglichen Grenzen gehalten werden kann, wenn der Werkstoff der verwendeten Einlagen einen kleinen Wärmedehnungsbeiwert hat. Ferner muß bei dem bekannten Kolben die Krümmung des Bimetallmantels gegen den Widerstand des durch keinen Schlitz nachgiebig gemachten Mantels erfolgen. Es ist daher eine Einlage erforderlich, die mit dem Kolbenwerkstoff zusammen einen Bimetallkörper von kräftiger Wirkung ergibt. Sowohl mit Rücksicht darauf als auch auf den erforderlichen kleinen Dehnungsbeiwert kommt aber als Einlagewerkstoff nur Eisen oder ein verwandtes Schwermetall in Betracht, und die Veröffentlichung kann ebenso wie eine weitere, einen Kolben mit geschlitztem bimetallischem Mantel betreffende Veröffentlichung, in übereinstimmung mit dem, was an tatsächlichen Ausführungsformen bekannt wurde, nur so verstanden werden, däß die Einlage aus einem Metall von geringerer Wärmedehnung als der des Mantels bestehen soll.A bimetal jacket has already been proposed in the literature from the piston material and a split insert made of another metal, so not only from iron, but in practice this possibility was not used made. For the type of flask on which the prepublished proposal relates, would have. Using a metal other than iron also makes no sense had. but at most means a step backwards. Because it is there around a piston, the jacket of which is unslit. In this embodiment can due to the bimetallic design of the jacket only the elongation of the perpendicular to the Piston pin directed shaft diameter can be reduced while in the area the bolt eyes an increased bulge takes place, which is only then within tolerable limits can be kept if the material of the inserts used is a small one Has a coefficient of thermal expansion. Furthermore, in the known piston, the curvature of the bimetal jacket against the resistance of the jacket, which has not been made yieldable by any slot. It an insert is therefore required, which together with the piston material one Bimetal body results in a powerful effect. Both with regard to it and however, only the required small expansion coefficient is required as an insert material Iron or a related heavy metal can be considered, and the release can as well as another one concerning a piston with a slit bimetallic jacket Publication, in accordance with what is on actual embodiments was known to be understood only in such a way that the insert made of a metal of lesser Thermal expansion than that of the jacket should exist.

Da sämtliche Metalle, welche diese Bedingung erfüllen, um ein Mehrfaches schwerer sind, als die zum Herstellen von Kolben benutzten Leichtmetalllegierungen, ergibt sich bei ihrer Verwendung eine Gewichtserhöhung, welche die Benutzung von mit solchen Einlagen versehenen Kolben für viele Zwecke, insbesondere für schnell laufende Flugmotoren, von vornherein ausschließt und im übrigen dazu zwingt, nur schmale Teile des Mantels bimetallisch zu machen, wodurch nicht nur ein Teil der möglichen Wirkung verlorengeht, sondern auch unerwünschte Verziehungen der Laufflächen vorkommen können.Because all metals that meet this condition are several times over are heavier than the light metal alloys used to manufacture pistons, there is an increase in weight when using them, which makes the use of Pistons provided with such inlays for many purposes, especially for fast running aircraft engines, excludes from the outset and otherwise only forces to make narrow parts of the jacket bimetallic, thus not just part of the possible effect is lost, but also undesirable warping of the treads can occur.

Gemäß: der Erfindung werden diese Nachteile dadurch vermieden, daß der Innenteil des bimetallischen Mantels aus dem Kolbenwerkstoff, der Außenteil dagegen ganz oder teilweise aus einem Leichtmetall bzw. einer Leichtmetallegierung mit größerer Wärmedehnung als der des Kolbenwerkstoffes besteht. Da das Ausmaß der bimetallischen Krümmung weniger von der absoluten Größe der Wärmeaüsdehnüngskoeffizienten des Werkstoffes der Teilglieder als von der Größe ihrer Differenz abhängt und für den Kolbenbau verwendbare Leichtmetalle mit stark voneinander abweichender Wärmeausdehnung zur Verfügung stehen, ist es entgegen der bisherigen Auffassung ohne weiteres möglich, auch auf diese Weise bimetällische Mantelkörper mit vollkommen genügender Wirkung zu schaffen. Dabei braucht nicht einmal auf Metalle mit besonders großen Dehnungsunterschieden zurückgegriffen zu werden, weil bei längs geschlitztem Mantel, dessen Krümmung ohne äußeren Widerstand erfolgen kann und außerdem der durch die Wahl von Werkstoffen mit etwas weniger voneinander verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten an sich bedingte Wirkungsverlust leicht dadurch wieder eingeholt werden kann, daß der Laufmantel nicht nur teilweise, sondern über seine ganze Höhe als Birnetallkörper ausgebildet wird. Nachteile in bezug auf das Gewicht müssen dafür nicht in Kauf genommen werden, weil der Mantelaußenteil ebenso wie der übrige Kolben aus Leichtmetallen besteht.According to the invention, these disadvantages are avoided in that the inner part of the bimetallic jacket made of the piston material, the outer part on the other hand completely or partially made of a light metal or a light metal alloy with greater thermal expansion than that of the piston material. Since the extent of the bimetallic curvature less of the absolute size of the thermal expansion coefficient of the material of the sub-links than depends on the size of their difference and for Light metals that can be used in piston construction with widely differing thermal expansion are available, contrary to the previous view, it is easily possible In this way, too, bimetallic casing bodies with completely sufficient effect to accomplish. It doesn't even need to be on metals with particularly large differences in expansion to be resorted to, because with a lengthwise slit jacket, its curvature without external resistance can take place and also through the choice of materials with slightly less different thermal expansion coefficients per se Caused loss of effectiveness can easily be recovered by the fact that the barrel jacket not only partially but over its entire height as a pear-shaped body will. Disadvantages in terms of weight do not have to be accepted for this, because the outer part of the jacket, like the rest of the piston, is made of light metals.

Beispielsweise kann. der Mantelaußenteil aus einer im wesentlichen siliciumfreien Aluminiumlegierung" der Kolbengrundkörper mit dem Mantelinnenteil dagegen aus einer eutektischen oder übereutektischen Aluminium-Silicium-Legierung bestehen.For example, can. the outer shell part of a substantially silicon-free aluminum alloy "the piston body with the jacket inner part on the other hand, made of a eutectic or hypereutectic aluminum-silicon alloy exist.

Die nach innen gerichtete Krümmung des bimetallischen Mantels kommt in bekannter Weise dadurch zustande, daß der das stärkere Dehnungsbestreben aufweisende Mantelaußenteil in seiner inneren Faser an der verstärkten Dehnung wegen der innigen Verbindung mit dem sich schwächer dehnenden Schaftinnenteil gehemmt ist. Der Schaftauflenteil wird daher in seiner äußeren Faser durch die Wärmedehnung auf Zug, in seiner inneren Faser dagegen durch das sich schwächer dehnende Metall des Schaftinnenteiles auf Druck beansprucht, und die Folge der beiden Beansprüchungen ist eben die gewünschte Krümmung, die um so stärker wird, je größer der Unterschied zwischen -den Dehnungsbeiwerten der verwendeten Metalle ist. Ebenso biegt sich auch der in gleicher Weise beanspruchte Schaftinnenteil.The inward curvature of the bimetallic jacket comes in a known manner due to the fact that the one exhibiting the stronger tendency to stretch Outer jacket part in its inner fiber at the increased elongation because of the intimate Connection with the weaker stretching inner shaft part is inhibited. The shaft support part is therefore on train in its outer fiber by the thermal expansion, in its inner Fiber, on the other hand, is caused by the less stretching metal of the inner part of the shaft Pressure is stressed, and the result of the two stresses is the desired one The greater the difference between the expansion coefficients, the greater the curvature of the metals used. Likewise, the one that is claimed in the same way also bends Shaft inner part.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele von Kolben mit gemäß der Erfindung ausgebildeten bimetallischen Mänteln schematisch dargestellt.In the drawing, two exemplary embodiments of pistons are shown with of the invention formed bimetallic jackets shown schematically.

Abb. i zeigt einen Längsschnitt durch einen Kolben, bei welchem der Kopfteil i von den Laufflächen z durch Querschlitze 3: getrennt ist. Die Laufflächen sind als Bimetallkörper ausgebildet und setzen sich aus einer inneren Lage 4 aus dem Kolbenwerkstoff und einer äußeren Lage 5 aus einer Leichtmetallegierung mit größerer Wärmedehnung zusammen. In den Laufflächen sind Läingsschlitze 6 vorgesehen.Fig. I shows a longitudinal section through a piston, in which the Head part i is separated from the running surfaces z by transverse slots 3 :. The treads are designed as bimetallic bodies and consist of an inner layer 4 the piston material and an outer layer 5 made of a light metal alloy greater thermal expansion together. Läingsschlitzen 6 are provided in the running surfaces.

Abb. 2 zeigt einen Längsschnitt durch einen etwas anders ausgebildeten Kolben mit nicht ganz durchgehenden Längsschlitzen 6 in den Laufflächen.Fig. 2 shows a longitudinal section through a somewhat differently designed Pistons with not completely continuous longitudinal slots 6 in the running surfaces.

Claims

PATENT CLAIM: Light metal piston for internal combustion engines whose bimetallic jacket, which curves inward when heated, is separated from the head part by transverse slots or perforations and provided with one or more longitudinal slots, characterized in that the inner part (4) of the bimetallic jacket is made from the piston material and the outer part (5) consists entirely or partially of a light metal or a light metal alloy with greater thermal expansion than that of the piston material. Cited publications: Austrian patent specification No. 13 $ 999; German patent specifications No. 56673 $, 537513, 699914 7004: 25.