DE876338C - Ovaler Leichtmetallkolben fuer Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

• Ovaler Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen Das Patent 700 425 betrifft ovale Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen, bei welchen sich quer zur Bolzenachse zwischen den. Tragflächen ein Paar Schwermetallstreifen erstrecken, deren Enden in die Mantelwandung eingegossen sind, und bei welchen an den Kolbenoberteil anschließende Bolzennaben einstückig mit .den Manteltragflächen durch Stege verbunden sind, welche auf die Außenflächen der Schwermetallstreifen aufgegossen sind und mit diesen bei Erwärmung sich nach außen krümmende Bimetallkörper bilden.
• Gemäß der Erfindung werden bei derartigen Kolben zwei an sich bekannte Merkmale, und zwar a) daß der Kolbenbolzen in den Bolzennaben bei Temperaturen unter 2z° C festsitzt, und b) daß eine der Tragflächen einen Längsschlitz aufweist, der beim Festsitzen des Bolzens. eine Auseinanderbewegung,der Mantelteile (r5) zuläßt, miteinander vereinigt. Dadurch wird eine neue Gesamtwirkung erzielt, indem die durch die bimetallischen Streifenkörper verursachten Bewegungen der Tragflächenteile auch bei festsitzenden Kolbenbolzen ermöglicht werden. Ferner wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung eine Ausgleichung der Wirkung der Bimetallglieder dadurch erreicht, daß an der Innenfläche der Schwermetallstreifen wenigstens ein aus dem Kolbenwerkstoff gebildeter Steg vorgesehen wird, welcher sich von der Bolzennabe gegen die geschlitzte. Tragfläche erstreckt und einen kleineren Querschnitt aufweist als die äußeren Leichtmetallbeile der Bimetallglieder.
• Die Erfindung ist in einer beispielsweisen Ausführungsform beschrieben; aber es ist selbstverständlich, daß verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne sich vorn dem eigentlichen Erfindungsgedanken zu entfernen.
• In den Zeichnungen zeigt Fig. i den Kolben in Seitenansicht, Fig. a .die linke Seite des Kolbens nach der- Darstellung in Fig. i, teilweise im Schnitt, Fig. 3 einen, Schnitt nach Linie 3-3 in Fig. 2, Fig. 4 einen Schnitt nach Linie 4-4 in Fig. i, Fig. 5 einen Schnitt nach Linie 5-5 in Fig. i ; Fig.6 entspricht in abgeänderter Form der Fig. 4; Fig. 7 zeigt einen Teilschnitt in einer weiteren abgeänderten Ausführungsform; Fig. $. zeigt einen Streifenteil.
• Der Kopf teil io des Kolbens, welcher die Kolbenringnuten i i trägt, weist einen kleineren Durchmesser auf alsr die Bohrung des Zylinders, um eine Berührung der zwischen den Nuten stehentleibenden Stege mit der Zylinderlaufbahn bei jeder Temperatur zu vermeiden. Von ihm gehen Halsteile 12 aus, welche die Kolbenbolzennaben 13 mit den Nabenbohrungen 14 tragen. Der Mantel des Kolbens wird :durch gegenüberliegende Tragflächen 15 und 16 gebildet, deren obere Enden vom Kopf durch Schlitze 17 getrennt sind, und .deren untere Enden durch bogenförmige Teile i8 miteinander verbunden sind:.
• Da die auf den Mantel einwirkenden Kräfte im wesentlichen in der durch den senkrecht zur Kolbenbolzenachse gerichteten Durchmesser B-B (vgl. Fig. 4) gehenden Längsebene angreifen, ist es besonders wichtig, dessen Länge bei allen vorkommenden Temperaturen, dem Durchmesser der Zylinderbohrung anzugleichen. Der in Richtung des Kolbenbolzens verlaufende ManteldurchmesserA-A ist durch Ovalschleifen .des Mantels etwas kürzer bemessen. Der Mantel hat daher- in kaltem Zustand längs der dem Durchmesser B-B benachbarten Teile einen verhältnismäßig engen Sitz in der Zylinderbohrung, während der Durchmesser-A-A einen reichlicheren Spielraum hat.
• Um dem Mantel mit steigender Kolbentemperatur eine zylindrische Form zu geben, wodurch der Durchmesser A-A vergrößert und der Durchmesser B-B verringert wird, sind Regelglieder in Form von bei Erwärmung sich nach außen krümmenden Bimetallkörpern vorgesehen, die aus, einem inneren Streifenteil ig, welcher aus Metall, z. B. Stahl, geformt ist, das einen niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizientn besitzt als das Mantelmaterial, und einen äußeren aus dem Mantelwerkstoff geformten Teil 2,o bestehen, der bei der dargestellten Bauart einen Teil der Bolzennabe und die von der Bolzennabe zu jeder Tragfläche sich erstreckenden Verbindungsstege umfaßt.
• Da bei diesen Bimetallkörpern der ausdehnungsfähigere Werkstoff auf der Außenseite angeordnet ist, biegt sich der mittlere Teil jedes dieser Körper bei steigender Temperatur nach außen, wodurch die Bolzennaben sich voneinander strecken und der Mantel aus einer ovalen in eine zylindrische Form gebracht wird. Dadurch wird eine unerwünscht starke Vergrößerung des Durchmessers B-B verhindert und ein geeigneter Arbeitsspielraum zwischen den Tragflächen und den Zylinderwandungen aufrechterhalten.
• Beim Stillstand der Maschine kühlt sich der Kolben ab, die Bimetallkörper verflachen sich wieder in ihre ursprüngliche Form, und die Bolzennaben nähern sich einander, wodurch der Durchmesser B-B in seinem richtigen Arbeitsspielraum gehalten und ein Kolbenklopfen beim nächsten Anlassen-des kalten Motors verhindert wird.
• Diese Arbeitsweise des Kolbens ist möglich, wenn der Kolbenbolzen (nicht gezeichnet) so in die Bohrungen 14 der Bolzennaben eingepaßt ist, daß die Naben bei kaltem und auch bei warmem Kolben auf dem Kolbenbolzen frei gleiten können. Bei manchen Maschinen wird jedoch der Kolbenbolzen so in die Naben eingepaßt, daß er bei Temperaturen unter 21° C festsitzt. Wenn ein Kolben mit derart eingepaßten Bolzen .und ungeschlitztem Mantel erwärmt wird, werden die Naben durch die bei der Erwärmung erfolgende Krümmung der Bimetallkörper auseinanderbewegt; wenn der Kolben sich jedoch abkühlt, schrumpfen die Naben auf den Bolzen auf, ehe die Bimetallkörper sich wieder völlig gestreckt haben. Sie können. daher nicht ganz in ihre ursprüngliche Lage zurückkehren, und ihre #\veitere Streckung kann nur eine Bewegung ihrer äußeren Enden bewirken, wodurch der zwischen ihnen gelegene Mantelteil gestreckt, der Durchmesser B-B verkleinert wird und der Kolben in kaltem Zustand einen loseren Sitz im Zylinder erhält als er ursprünglich hatte und daher beim nächsten Anlassen .des Motors klappert.
• Um das zu verhindern, wird erfindungsgemäß ein in der Tragfläche 15 sich erstreckender Längsschlitz 21 vorgesehen sowie ein Mittel zur Ausgleichung der Biegungsbewegung der Bimetallkörper in Form von Stegen 22, die sich von einer Bolzennabe zu der Tragfläche 15 erstrecken und einen kleineren Querschnitt aufweisen als die äußeren Stege 2o. Durch diese Stege 22 wird die Biegungsbewegung der Bimetallkörper verringert. Infolgedessen wird bei der Erwärmung eines Kolbens nach Fig. i bis 4 der Durchmesser B-B viel weniger verringert, als es ohne die Ausgleichsglieder 22 der Fall wäre, das Spiel des Kolbens im Zylinder bleibt daher eng. Wird der Kolben anschließend wieder abgekühlt, so bewirkt die nach dem Festsitzen der Naben auf dem Bolzen noch erfolgende weitere Streckung der Bimetallkörper wie bei Kolben mit ungeschlitztem Mantel eine nach außen gerichtete Bewegung der Enden der Bimetallkö.rper ig, 2o, 22, die aber den geschlitzten Teil 15 dies Mantels nicht abflacht, sondern durch Öffnung des Längsschlitzes 21 bewirkt, daß eine Verkleinerung des Durchmessers B-B vermieden wird.
• Auf der ungeschlitzten Tragfläche 16 verursacht das Spreizen der äußeren 1?nden der Bimetallkörper ein Hereinziehen des am Ende des Durchmessers B-B gelegenen Teils der Tragfläche. Dieser Vorgang wird aber annähernd durch die Ausnehmung des Schlitzes 21 in der Tragfläche 15 wieder aufgehoben. Das Endergebnis besteht darin, daß der Durchmesser B-B in der Zylinderbohrung so gehalten wird, daß ein richtiger Sitz für das Arbeiten gewährleistet ist und kein Kolbenklopfen beim nächsten Anlassen des Motors auftritt.
• Wenn man die Wirkung der Bimetallkörper weiter herabzumindern wünscht, können. kurze Ausgleichsglieder 23 (Fig. 6) entlang den inneren Seiten der Streifen ig gebildet werden, wobei sich jedes Glied 23 halbwegs: zwischen einer Bolzennabe und einer Tragfläche erstreckt und durch ein im Streifen: i9 gebildetes Loch hindurchgeht, um sich mit dem äußeren Steg 2o zu vereinigen. In Fig. 6 erstrecken sich diese kurzen Glieder 23 von den Naben aus, doch können sie auch, wie in Fig.7 dargestellt ist, von der Tragfläche ausgehen.
• Abänderungen in der Wirkungsweise der bimetallischen Regelglieder können durch den Gebrauch der kurzen Elemente 23 an Stelle der Teile 22 in Fig.4 oder durch den Gebrauch der kurzen Elemente 23 zwischen. jeder Tragfläche und den Naben erreicht werden.
• In der dargestellten Form erstreckt sich der Schlitz 21 über die ganze Länge der Tragfläche 15. Wenn ein geringeres Anwachsen des Durchmessers B-B erforderlich ist, braucht der Schlitz :I nur halbwegs durch die Tragfläche 15 zu gehen.
• Der Kolben kann durch einen Steg 25 verstärkt werden, der sich nach unten und außen von jeder Bolzennabe zu dem benachbarten bogenartigen Teil 18 erstreckt. Die Stege-2o und 22 arbeiten neben ihrer Funktion als Teil der Bimetallkörper mit den Stegen 24 zusammen, um den Kolbenmantel an den Bolzennaben zu halten, indem sie eine feste, einstückige Kolbenkonstruktion bilden, deren Zusammenhalt nicht von, den Streifen i9 abhängt. Jeder Streifen i9 weist, wie in Fig.4 und. 7 gezeichnet, an seinem Rand mehrere gebogene Zungen 26 auf, die eine bessere Verankerung gewährleisten.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Ovaler Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen, bei welchem sich quer zur Bolzen.-achse zwischen den Tragflächen ein Paar Schwermetullstreifen erstrecken, deren Enden in die Mantelwandung eingegossen sind, und hei welchem. die an den Kolbenoberteil anschließenden Bolzennaben einstückig mit den Manteltragflächen durch Stege verbunden sind, welche mit den genannten Streifen bimetallische Teile bilden, wobei die Stege auf die Außenflächen der Schwermetallstreifen aufgegossen sind, während die Streifen innenseitig zwischen den Bolzenaugen und den Manteltragflächen freie, vom Kolbenwerkstoff nicht überdeckte Flächen haben und gemeinsam mit den Stegen bei Erwärmung sich nach außen krümmende Bimetallkörper bilden, nach Patent 700425, gekennzeichnet durch die Kombination folgender, an sich bekannter Merkmale: a) daß der Kolbenbolzen in den Bolzennaben bei Temperaturen unter 210 C festsitzt, b) daß eine der Tragflächen einen Längsschlitz (21) aufweist, der beim Festsitzen des Bolzens eine Auseinanderbewegung .der Mantelteile (15) zuläßt.
2. 2. Kolben nach Anspruch i, dadurch ,gekennzeichnet, .daß die Wirkung der bimetallischen Glieder dadurch ausgeglichen wird, daß an der Innenfläche der Schwermetallstreifen (i9) wenigstenis ein .aus. idem Kolbenwerkstoff gebildeter Steg (a@2) vorgesehen wird, welcher sich von der Kolbenbolzennabe gegen die geschlitzte Tragfläche erstreckt, wobei die Querschnittsfläcbe dieses Steges, kleiner ist als die der äußeren Teile (2o) der Bimetallglie-der.