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Leichtmetallkolben Die Erfindung betrifft die Ausbildung von LeichtmetaIlkolben,
insbesondere für Brennkraftmaschinen, Kompressoren u. dgl., mit vom Kolbenkopf durch
Querschlitze oder Durchbrechungen teilweise abgetrenntem Kolbenschaft, welcher Einlagen
in Form von Hülsensegmenten aus einem Werkstoff aufweist, der einen vom Kolbenwerkstoff
abweichenden Wärmedehnungsbeiwert hat, so daB die Einlagen mit dem Schaft bimetallisch
verbundene Teile bilden. Es ist bekannt, solche Einlagen anzuwenden, um bestimmte
Formänderungen des Kolbens bei dessen Erwärmung auf die Betriebstemperatur zu erzielen.
Es ist ferner bekannt, ir verschiedenen Querschnittsebenen des Kolbens eine verschieden
starke Verformbarkeit des Schaftes durch entsprechende Dimensionierung der Einlagen
zu erreichen. Die Erfindung bezieht sich auf hierfür besonders geeignete Mittel
und ist in der Hauptsache dadurch gekennzeichnet, daß die als Hülsensegmente ausgebildeten
Einlagen eine durch Lochungen verschiedener Größe, Form und/oder Anordnung bewirkte
Minderung ihrer Stärke (Minderung in Richtung des offenen Kolbenendes) aufweisen,
hingegen in ihrer in Umfangsrichtung gemessenen Erstreckung in allen. Höhenlagen
gleichbleibend gehalten sind. Dadurch ist ein Mittel geschaffen, welches auch bei
über einen erheblichen Teil der Schafthöhe reichenden hülsenförmigen Einlagen, deren
axiale Begrenzungskanten sich auf ihrer ganzen Höhe gegen Eingußwülste abstützen,
eine
nach den jeweiligen Bedürfnissen gelenkte Steuerung der Bimetallwirkung ermöglicht.
Durch entsprechende Wahl und Abstufung der Lochgrößen und geeignete Anordnung der
Lochreihen läßt sich jede gewünschte Steuerung der Dehnung in jeder Höhenlage mit
einfachsten Mitteln erreichen, und zwar in gleichmäßiger Verteilung über den Umfang
des Kolbenschaftes und in jeder Ouerschnittsebene.
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Es sind Kolben bekannt, bei denen in der Ebene der dem offenen Schaftende
des Kolbens zugekehrten Abschlußkante der Einlagen vorzugsweise mit den Naben verbundene
Querrippen vorgesehen sind, um dadurch die Bimetallwirkung am unteren Ende der Einlage
zu vermindern. Der Gegenstand der Erfindung gestattet eine den jeweiligen Verhältnissen
in jeder Höhenlage anpaßbare Steuerwirkung mit beliebig weichen Übergängen. Die
Erfindung gestattet insbesondere eine Steuerung der Ausdehnungsverhältnisse in verschiedenen
Höhen des Schaftes mit einfachen Mitteln durchzuführen, so daß eine kontinuierliche
Anpassung des Kolbens an die Zylinderwand in allen Höhenlagen möglich ist und das
Einbauspiel in kaltem Zustand auf ein Mindestmaß verringert werden kann. Dabei soll
jede Gewichtserhöhung durch zusätzliche Rippen vermieden und das Gewicht der aus
Schwermetall bestehenden Einlagen möglichst herabgesetzt werden.
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Einlagestreifen für Kolben mit einer Löch.reihe sind an sich bekannt,
jedoch handelt es sich bei diesen bekannten Einlagen um solche mit einer symmetrisch
im Streifen angeordneten Lochreihe, die lediglich eine gewisse Gewichtsersparnis
und eine sichere Verankerung des Streifens am Kolbenwerkstoff ergibt, jedoch keine
unterschiedliche Steuerung der Dehnungsverhältnisse.
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Die Einlagen nach der Erfindung können mehrere Reihen von Lochungen.
verschiedener Form, Größe und/oder Anordnung aufweisen. Sie können neben den Lochungen
oder Lochreihen ungelockte Zonen enthalten. Die mit solchen Lochungen ausgestatteten
Einlagen können außerdem so ausgebildet sein, daß sie einen in axialer Richtung
schwach keilförmigen oder in der Dicke abgestuften Querschnitt haben.
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Es ist an sich bekannt, die Zangenwirkung von am Kolbenschaft ausgebildeten
bimetallischen Verbundkörpern dadurch zu bestimmen, daß man Teile des Verbundkörpers
verschiedene Querschnittsformen gibt. So ist z. B. ein Kolben bekannt, bei ,velchem
die Einlage die Form eines Bügels hat, dessen die Bolzenaugen von unten umgebender
Mittelteil in der Nabenzone schmaler ist als die Seitenteile, die sich seitlich
von den Naben befinden. Durch diese Schwächung soll eine gewisse Gelenkigkeit der
Seitenteile des Kolbenschaftes mit Bezug auf die Nabenzone erzielt werden. Solche
Maßnahmen sind aber nicht geeignet, dasjenige Problem zu lösen, auf welches sich
die vorliegende Erfindung bezieht.
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Die Erfindung bezweckt keine Änderung bzw. Minderung der Zangenwirkung
(Hebelarm der Bim-tallkörper) in der Umfangsrichtung, sondern gewährleistet die
durch die Bimetallwirkung angestrebte Zangenwirkung in jeder Höhe des Kolbenschaftes
im vollen Maße dadurch, daß gemäß einem ersten Erfindungsmerkmal die in Umfangsrichtung
gemessene Erstreckung der Hülsensegmente unverändert gelassen ist. Diese Erstreckung
ist in der Zeichnung mit ca bezeichnet. Das zweite Merkmal der Erfindung, nämlich
daß die .Hülsensegmente eine durch Lochungen verschiedener Größe, Form und/oder
Anordnung bewirkte Minderung ihrer Stärke aufweisen (Minderung in Richtung des offenen
Kolbenendes), zusammen mit dein Merkmal der gleichbleibenden Zangenwirkung durch
praktisch gleichbleibendes »d« macht das besondere Wesen der Erfindung aus, d. h.,
letztere besteht nicht in den genannten Einzelmerkmalen als solchen, wohl aber in
deren Vereinigung bei einem Kolben der einleitend (i. Abschnitt) genannten Art.
Der Hebelarm ist demnach in jeder Höhenlage gleichgehalten, während die Verformungskraft
dieser Körper zum offenen Schaftende hin abnimm i.
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Die Zeichnung veranschaulicht einige Ausführungsbeispiele der Erfindung.
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Fig. i bis 3 zeigen einen Leichtmetallkolben in zwei um go° verschiedenen
senkrechten Schnitten und in einem Querschnitt nach Linie III-III der Fig. i ; Fig.
q. zeigt eine andere abgerollte Einlage mit drei Reihen von kreisförmigen Löchern;
Fig. 5 ist die Abrollung einer weiteren Einlage mit zwei Reihen von rechteckigen
Löchern; Fig. 6 ist ein senkrechter Schnitt durch eine Einlage mit schwach keilförmigem
Querschnitt; Fig. 7 ist ein Querschnitt durch eine Einlage mit abgestufter Dicke;
Fig. 8 zeigt in der Darstellungsweise der Fig. 2 einen Schnitt durch einen Kolben
mit einer Einlage in Form eines Hülsensegments, welches nach Art der Fig. q. ausgthildet
ist.
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Bei dzm in Fig. i bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der
Kolbenkopf i, welcher die Kolbenringnuten 2 enthält, durch Querschlitze 3 von dem
Kolbenschaft q. auf Teilen des Umfanges getrennt. Die Bolzenaugen 5 sind in bekannter
Weise durch Streben 6 am Kolbenboden abgestützt. An der Innenseite des Schaftes
q. sind Einlagen 7 in Form von zwei Hülsensegmenten vorgesehen, die aus einem Werkstoff
bestehen, welcher einen vom Kolbenwerkstoff abweichenden Wärmedehnungsbeiwerthat,
so daß die Einlagen 7 mit den anliegenden Teilen des Schaftes q. Bimetallkörper
bilden.
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Die Einlagen haben Öffnungen i i für die Kolbenbolzen. Außerdem befinden
sich im unteren Teil der Einlagen drei Reihen von verschieden großen Lochungen 8,
g und io. Dadurch nimmt der Biegungswiderstand der Einlagen 7, in der Richtung vom
Kolbenkopf zum Schaftende hin, in. einer bestimmten Weise ab, welche durch Variierung
des Maßes, der Anzahl und der Anordnung der Lochungen beliebig gewählt werden kann.
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Fig. 4 und 5 zeigen die Abrollungen abweichend
ausgebildeter
Einlagen. Die Einlage 12 nach Fig. 4 hat außer der Durchtrittsöffnung
I I für den Kolbenbolzen drei Reihen von kreisförmigen Öffnungen, von denen
die unterste Reihe von verhältnismäßig großen Lochungen 13 gebildet wird, während
unmittelbar darüber eine Reihe kleiner Lochungen 14 angeordnet ist und sich am oberen
Rand der Einlage eine weitere Reihe kleiner Lochungen 15 befindet.
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Bei der in Fig. 5 gezeigten Einlage 16 sind am unteren Rand zwei Reihen
verschieden großer rechteckiger Lochungen 17 und 18 vorgesehen.
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Fig. 6 und 7 zeigen den Querschnitt von Einlagen i9 und 20. Bei der
Einlage i9 ist der Querschnitt schwach keilförmig und bei der Einlage 2o abgestuft.
Durch diese Ausbildung der Einlagen werden ähnliche Wirkungen erzielt wie durch
die Lochungen nach Fig. i bis 5.
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Bei dem in Fig. 8 gezeigten weiteren Beispiel ist die Einlage 7 in
Form eines Hülsensegments mit drei Reihen von Lochungen ausgestattet, deren Größe
nach dem offenen Kolbenende hin zunimmt.