DE927843C

DE927843C - Pistons for high pressure piston machines

Info

Publication number: DE927843C
Application number: DES18979A
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl-Ing Cramer
Original assignee: KURT V SANDEN
Current assignee: KURT V SANDEN
Priority date: 1950-09-07
Filing date: 1950-09-07
Publication date: 1955-05-20

Description

Kolben für Hochdruck-Kolbenmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf Kolben für Hochdruck-Kolbenmaschinen, insbesondere für Brennkraftmaschinen mit innerer Gemischbildung.Pistons for high pressure piston engines The invention relates to Pistons for high-pressure piston machines, in particular for internal combustion engines with internal Mixture formation.

Bei den bisherigen Ausführungen von nicht flüssigkeitsgekühlten Kolben für Brennkraftmaschinen ist man bestrebt gewesen, die von den Brenngasen an den Kolbenboden übertragene Wärme möglichst gut zum Kolbenschaft abzuleiten und die Kolbenbodendicke entsprechend reichlich zu bemessen. Das war notwendig, um die Temperaturdes Kolbenbodens, insbesondere in der Mitte, unterhalb der durch die Warmfestigkeit des Kolbenbodenwerkstoffes bestimmten Grenze zu halten.In the previous versions of non-liquid-cooled pistons for internal combustion engines one has endeavored to the of the fuel gases to the To dissipate the heat transferred to the piston crown as well as possible to the piston skirt and the Plenty of piston crown thickness must be measured accordingly. That was necessary to get the temperature of the Piston crown, especially in the middle, below that due to the high-temperature strength of the piston crown material to keep a certain limit.

Da die vom Kolibcnschaft an die Zylinderlaufbüchse abzuleitende Wärmemenge überwiegend durch die Kolbenringe hindurch geleitet werden muß, ergab es sich, daß die thermische Belastung der Kalbenririge um so mehr anstieg, je mehr die Entwicklung in der Richtung der Hochleistungsmotoren fortschritt. Das führte zu erheblichen S.chwierigkehen in bezug auf die Betriebssicherheit der Kolbenringe.Because the amount of heat to be dissipated from the piston shank to the cylinder liner must be passed mainly through the piston rings, it turned out that the thermal load on the calves increased the more the development progressed in the direction of high-performance motors. That led to considerable Difficulties with regard to the operational safety of the piston rings.

Um diese Schwierigkeiten auch bei Thermisch hochbeanspruchten Kolben zu beheben, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, unter Ausnutzung der in neuerer Zeit entwickelten hochwarmfesten und zunderfesten Legierungen den umgekehrten Weg zu beschreiten, nämlich den Wärmestrom durch möglichst weitgehende Verringerung der Kolibenbodenwandstärke zu drosseln und so die Kolbenringe vor zu hohen Temperaturen zu schützen. Dieses ist bei Verwendung der neuen hochwarmfesten Legierungen möglich geworden, da der mittlere Bereich der aus solchen Legierungen bestehenden Kolbenböden nicht mehr durch eine reichliche Wärmeabfuhr vor Überhitzen geschützt werden muß. Die geringsten Wandstärken; die ein Kolbenböden erreichen kann, werden dadurch erhalten, daß er als Schale gleicher Festigkeit gegen den äußeren Gasdruck ausgebildet wird. Dies wird erfüllt durch die Profilierung und Wandstärkenbemessüng des Kolbenbodens gemäß der bekannten Unduloidsowie Nodoidformen, wie sie beispielsweise in der »Zeitschrift für angewandte Mathematik und Mechanik«, Bd. i9, 1939, S. 342. beschrieben sind.To avoid these difficulties even with pistons subject to high thermal loads to remedy, is proposed according to the invention, taking advantage of the more recent During that time, high-temperature-resistant and scale-resistant alloys developed the other way round to tread, namely the heat flow by reducing it as much as possible the piston crown wall thickness to throttle and so the piston rings from excessive temperatures to protect. This is possible when using the new high-temperature alloys as the central area of the piston crowns made of such alloys no longer has to be protected from overheating by means of copious heat dissipation. the lowest wall thickness; which a piston crown can reach, are obtained in that it has the same strength as a shell against the outer Gas pressure is formed. This is achieved through the profiling and wall thickness measurement of the piston crown according to the known unduloids as well as nodoid shapes, such as, for example in the "Journal for Applied Mathematics and Mechanics", Vol. 19, 1939, p. 342. are described.

Es ist eine Kolbenausführung bekanntgeworden, bei der der Kolbenboden teilweise, nämlich nur in seiner Mitte, als Körper gleicher Festigkeit bei gleicher Wandstärke angesehen werden kann. Jedoch treten bei einer derartigen Ausführung im Bereich zwischen Kolbenmantel und Mittelteil beträchtliche Spannungsspitzen auf.A piston design has become known in which the piston crown partially, namely only in its center, as a body of the same strength with the same Wall thickness can be viewed. However, with such an implementation There are considerable stress peaks in the area between the piston skirt and the central part.

Aufgabe der Erfindung war es demgegenüber, über den gesamten Bereich des - Kolbenbodens gleichmäß ige Beanspruchungsverhältnisse bei gleichbl'eibendarWandstärke zu schaffen.In contrast, the object of the invention was to cover the entire range of the piston crown, uniform load conditions with constant wall thickness to accomplish.

Gemäß der Erfindung wird der Kolbenboden aus mindestens zwei Rotationstschalenkörpern gleicher Festigkeit bei gleicher Wandstärke zusammengesetzt, die an ihren Stoßstellen stetig ineinander übergehen und deren äußerer Schalenkörper tangential in den Kolbenmantel einmündet, so daß der Kolbenboden über den gesamten Bereich seiner Erstreckung einer gleichbleibenden Festigkeitsbeanspruchung unterliegt.According to the invention, the piston head is made up of at least two rotating shell bodies the same strength with the same wall thickness put together at their joints continuously merge and their outer shell body tangentially into the piston skirt opens, so that the piston head over the entire area of its extent a is subject to constant strength stress.

Aus der Systemskizze in Abb. i der Zeichnung sind die füT den Aufbau,des Kolbens erfindungsgemäß vorgesehenen Schalenformen zu ersehen.The system sketch in Fig. I of the drawing shows the structure, the Piston according to the invention provided shell shapes can be seen.

i bedeutet in dieser Abbildung eine Zylinderschale, 2 eine Undufoidsdhale, 3 -eine Kugelschale und 4 eine Nodoid.schalc.i in this figure means a cylindrical shell, 2 an undufoidsdhale, 3 -a spherical shell and 4 a nodoid.schalc.

Abb. 2 zeigt an einem Ausführungsbeispiel, wie sich der Kolbenboden erfindungsgemäß aus den Schalenarten gemäß Abb. i zusammensetzt, nämlich derart, daß sich an die Zylinderschale i des Kolbenschaftes eine Nodoidschale 4 ansetzt. - Die genaue Einzelform dieser Nodoidschale hängt von der »relativen Größe der- zentralen Einhalsung des Kolbenbodens ab, an die sich ein Wirbelkammerraum anschließt.Fig. 2 shows an embodiment of how the piston head according to the invention composed of the shell types according to Fig. i, namely in such a way that that a nodoid shell 4 attaches to the cylinder shell i of the piston skirt. - The exact individual shape of this nodoid shell depends on the »relative size of the central neck of the piston head, which is followed by a swirl chamber space.

An- den. Innenrand der Nodoidschale 4 schließt sich .dann entweder a) eine Kugelschale 3 an oder b) zunächst eine Zylinderschale. i mit daran anschließender Kugelschale 3 oder auch c) eine Unduloidschale 2 mit angeschlossener Kugelschale 3.To the. Inner edge of the nodoid shell 4 then either closes a) a spherical shell 3 or b) initially a cylindrical shell. i followed by Spherical shell 3 or c) an unduloid shell 2 with an attached spherical shell 3.

Welche von diesen beispielsweise genannten drei Möglichkeiten .gewählt wird, hängt hier von der gewünschten Form und Größe der in der Mitte des Kolbenbodens gebildeten, an sich bekannten zentralen Wirbelkammer ab.-Der Kolbenboden kann an seiner Unterkante mit dem Kolbenschaft, der aus Leichtmetall oder einem anderen geeigneten Werkstoff bestehen kann, durch Eingießen, Einpressen, Einschrumpfen oder Verschrauben verbunden werden.Which of these three options, mentioned as an example, was selected here depends on the desired shape and size of the center of the piston crown formed, known central vortex chamber from.-The piston head can on its lower edge with the piston skirt, which is made of light metal or another suitable material can be made by casting, pressing, shrinking or Bolt to be connected.

Claims

PATENTANSPROC.HE: i. Pistons for high pressure piston machines, in particular for internal combustion engines with internal mixture formation, its' uniformly everywhere rigid base consists of a poorly thermally conductive, scale-resistant alloy, characterized in that the piston head consists of at least two rotating shell bodies , the same strength with. the same wall thickness is composed of the joints continuously merge into one another and their outer shell bodies (e.g. nodoid shell 4) opens tangentially into the piston skirt (cylinder shell i) so that the piston crown Over the entire area of its extent a constant - strength stress subject.

2. Piston according to claim i, characterized in that it is attached to the cylinder shell (i) a nodoid shell (4) <attaches to the piston skirt, on the inner edge of which a spherical shell (3) connects.

3. Piston according to claim i, characterized in that that a nodoid shell (4) attaches to the cylinder shell (i) of the piston skirt, at the inner edge there is first a cylindrical shell (i) and a spherical shell on it (3) connects.

4. Piston according to claim i, characterized in that a nodoidal shell (4) attaches to the cylinder shell (i) of the piston skirt, at the inner edge of which an Und.ulbidschale (2) and a spherical shell (3) are connected. Dressed. Publications: German Patent Nos. 266 053, 317., 279 408 145, 427 566, 667 003, 704 066; French Patent Publication No. 935 417; "Philips Technische Rundschau", 1947, pp. 25 to 135; "Building. and calculation of the combustion engine "by Otto K ra, e-mer, Berlin 1937, p. == I.