EP0356457A1 - Leichtmetall-tauchkolben für verbrennungsmotoren. - Google Patents

Leichtmetall-tauchkolben für verbrennungsmotoren.

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EP0356457A1
EP0356457A1 EP88903796A EP88903796A EP0356457A1 EP 0356457 A1 EP0356457 A1 EP 0356457A1 EP 88903796 A EP88903796 A EP 88903796A EP 88903796 A EP88903796 A EP 88903796A EP 0356457 A1 EP0356457 A1 EP 0356457A1
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EP
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piston
pressure side
shaft
light metal
counter
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EP88903796A
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Hugo Gabele
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Mahle GmbH
Original Assignee
Mahle GmbH
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Publication of EP0356457B1 publication Critical patent/EP0356457B1/de
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F3/02—Pistons  having means for accommodating or controlling heat expansion
    • F02F3/022—Pistons  having means for accommodating or controlling heat expansion the pistons having an oval circumference or non-cylindrical shaped skirts, e.g. oval
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F3/02—Pistons  having means for accommodating or controlling heat expansion
    • F02F3/04—Pistons  having means for accommodating or controlling heat expansion having expansion-controlling inserts
    • F02F3/042—Pistons  having means for accommodating or controlling heat expansion having expansion-controlling inserts the inserts consisting of reinforcements in the skirt interconnecting separate wall parts, e.g. rods or strips
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2201/00—Metals
    • F05C2201/02—Light metals
    • F05C2201/021—Aluminium
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2201/00—Metals
    • F05C2201/04—Heavy metals
    • F05C2201/0433—Iron group; Ferrous alloys, e.g. steel
    • F05C2201/0448—Steel

Definitions

  • the invention relates to a light metal plunger for internal combustion engines according to the preamble of claim 1.
  • the object of the invention is Reasons to further reduce the noise generation in the generic piston, which is caused by the piston head striking against the cylinder liner on the counter-pressure side when the piston is cold.
  • the piston assumes in the cold state in the engine cylinder a position in which the piston head is inclined with its upper end on the pressure side relative to the cylinder running surface in such a way that the play in the land area is opposite the cylinder running surface on the counter pressure side is larger than on the pressure side.
  • the specified inclination of the piston head in the cold state of the piston in the engine cylinder is achieved in that the lateral surface on the counterpressure side of is inclined upwards downwards with respect to the piston longitudinal axis, specifically with the radial distance decreasing towards the lower piston shaft end with respect to the piston axis.
  • the abutment of the piston on the lateral surface so inclined on the counter pressure side is further favored by the inclination of the shaft surface area there on the pressure side in the opposite direction. This statement in turn relates to the cold state.
  • the control strip inserted on the counter pressure side in the upper end area of the skirt causes a hindrance to the thermal expansion of the light metal in this area of the skirt, while the lower counter pressure side area of the skirt can expand considerably more freely without a control strip.
  • the surface line on the counterpressure side of the shaft in full-load operation of the engine is given a course which is aligned essentially parallel to the longitudinal axis of the piston head. So that the Kolbe ⁇ kopf then runs centrally in the cylinder bore.
  • the further control strip provided on the pressure side in the lower shaft region exerts an influence in the same direction. This ensures that a larger radial distance the skirt surface area in the control strip area to the longitudinal piston axis compared to the overlying shaft area on the counter-pressure side, a system in the lower shaft area is additionally favored.
  • a common measure for reducing piston noise in the engine running is to unlock the hub bore of the piston.
  • This roofing is usually on the print side.
  • a tilting moment arises at the top dead center of the compression stroke when combustion starts, which pushes the piston head in the direction of the counter pressure side.
  • the lower shaft area of the piston on the counter pressure side is pressed radially outwards.
  • the piston skirt on the counter-pressure side should in turn be relatively stiff in order to ensure the radial distance of the lateral surface from the longitudinal axis of the piston head, which is greater in the cold state compared to the lower area, and not due to excessive elastic deformability in the latter Restrict area again.
  • the different stiffnesses can be determined by the size of the unsupported arch length of the shaft on the pressure side and counter pressure side vary.
  • these measures consist, in particular, in the provision of a transverse slot between the piston head and the piston skirt on the counter-pressure side and in the provision of a control strip in the upper region of the piston skirt exclusively on the counter-pressure side and, if appropriate, an additional control strip in the lower region the pressure side of the shaft half.
  • Fig. 2 shows the axial surface course of the cold and warm piston skirt according to Fig. 1 on the counter pressure side
  • Fig. 3 shows the axial generatrix of the cold and warm piston skirt according to Fig. 1 on the pressure side
  • Fig. 4 shows the oblique orientation of the cold
  • FIG. 5 shows the orientation of the warm piston shaft according to FIG. 1 during engine operation within the engine cylinder
  • Fig. 6 is a view of the piston of FIG. 1 from below
  • Fig. 8 shows the polar surface line course (cold and warm condition) of the piston skirt in plane VIII
  • Fig. 9 shows a second embodiment of a piston in longitudinal section
  • Fig. 10 shows the axial generatrix of the cold and warm piston skirt according to Fig. 9 on the counter pressure side
  • Fig. 11 shows the axial generatrix of the cold and warm piston skirt according to Fig. 9 on the pressure side
  • Fig. 12 is a view of the piston of FIG. 9 from below
  • Fig. 13 shows a section through the piston in the plane XIII
  • Fig. 14 shows a section through the piston in the plane XIV
  • the piston consists of an aluminum-silicon alloy. In its head part there are ring grooves 1 for compression rings and an underlying groove 2 provided for an oil control ring.
  • A average shaft height below the lowest
  • Ring groove in a circumferential area of approximately the same shaft height of at least 90 degrees from the pressure and counter pressure side
  • X longitudinal axis of the piston determined by the piston head
  • the shaft of the piston is separated from the piston head on the counter pressure side by a transverse slot 3.
  • the transverse slot 3 extends in the circumferential direction over a total of 90 degrees, symmetrically on both sides of the plane running through the longitudinal axis X in the pressure-counter pressure direction.
  • a control strip 4 made of steel is used exclusively on the counter pressure side in the interior of the shaft in the upper region thereof. The control effect emanating from this control strip when the piston heats up is measured to a maximum of about 50 my with piston diameters between 70 and 100 mm.
  • FIG. 4 shows the position of the piston according to FIG. 1, which it takes up in the cold state in the engine cylinder during the compression stroke. Due to the conrod angle during this stroke, the piston rests with its shaft on the counter pressure side during the downward movement. The alignment takes place in the area of the piston skirt on the counterpressure side through the axial surface line which is present there and extends in a straight line over a larger area. The straight lateral surface course extends there from the lower end of the shaft to approximately 1% before the upper end of the shaft.
  • the axial surface profile is essentially spherical on the pressure side. When the piston tilts back from the counterpressure side to the pressure side in the top dead center position of the piston, the piston can roll smoothly on the pressure-side spherical shaft shape. This achieves an additional improvement in piston noise.
  • the decisive noise reduction lies in the fact that the circumference of the piston head on the counter-pressure side is sufficiently distant from the cylinder running surface due to the stem inclined there. so as not to hit the cylinder wall under partial load or when the engine is not yet warm.
  • the inclination of the axial surface line of the shaft on the counter-pressure side is selected to such an extent that in full-load operation, the control effect of the control strip 4 results in a parallel profile of this surface line to the longitudinal axis X.
  • the control strip 4 is attached directly to the upper end of the shaft and in the example shown extends over a height of 25% of the total shaft length.
  • the diameter of the top land of the piston head is ge ringer as ⁇ the maximum diameter of Kolbenschaf ⁇ tes.
  • Fig. 4 shows quite clearly how the piston head is brought into such an inclined position by the shaft when the piston is cold, that the play between the ring portion and the cylinder running surface on the counterpressure side of the piston is significantly greater than on the diametrically opposite pressure side of the piston. This prevents the ring portion from striking the piston noise.
  • control strips 4 and 5 each extend because of one of the two hubs 6 areas circumferentially up to the piston tilt plane running perpendicular to the piston pin axis, ie the control strips are circumferentially separated from one another in the area of the piston tilt plane.
  • control strips 4 and 5 are connected to a common control strip 7 connected in the region of the piston hub 6.
  • the piston By means of the regulating tires 5 in the lower shaft area on the pressure side, the piston can be installed in this lower shaft area in the cold state with a radial play so narrow there that on the counter pressure side an attachment to the shaft jacket which is inclined there from top to bottom is promoted. As a result, the piston comes into contact earlier with the pressure-side underside of the shaft when tilting to the counter pressure side, as a result of which the tilt angle is reduced.
  • the stiffness of the piston skirt is changed over the axial height in that the load-bearing skirt surfaces are unevenly circumferentially wide and are each supported radially inwards at the circumferential end.
  • the different elasticity in the axial direction is distributed in such a way that the piston skirt on the counter pressure side in the upper area, in which the control strip 4 is located, is stiffer than in the shaft area underneath.
  • the lower shaft area is stiffer than the lower shaft area opposite on the counter pressure side.
  • the walls 10 connecting the load-bearing shaft surfaces 8, 9 in the direction of the piston axis are predetermined by the shape of the load-bearing surfaces 8, 9 which change over the height of the shaft.
  • the hubs 6 can protrude radially beyond these walls 10.
  • a narrow circumferential collar 11 can be provided for manufacturing reasons. Such a collar enables the piston to be transported in a rolling manner through the individual production stations.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)

Description

Leichtmetall-Tauchkolben für Verbrennungsmotoren
Die Erfindung betrifft einen Leichtmetall-Tauchkolben für Verbrennungsmotoren nach dem Oberbegriff des Pa¬ tentanspruchs 1.
Derartige Kolben sind aus GB-PS 12 56 242 bekannt. Bei jenem bekannten Kolben ist am oberen Schaftende ein Regelstreifeπ eingesetzt, der eine über seinen Umfang variierende Breite aufweist. Dabei variiert die Breite in der Weise, daß die radiale Dicke des Regelstreifens auf der Druckseite des Kolbens am ge¬ ringsten und auf der Gegendruckseite am größten ist. Dadurch erfolgt auf der Gegendruckseite des Schaftes eine geringere radiale Ausdehnung des oberen Schaft¬ bereiches als auf der Druckseite. Durch die geringere Ausdehnung des oberen Schaftbereiches auf der Gegen¬ druckseite unter Temperatur ist ein enges Laufspiel des Schaftes im Kaltzustand erreichbar. Mit dem enge¬ ren Laufspiel verbunden ist eine Verminderung des Laufgeräusches im Kaltzustand, das durch ein Anschla¬ gen des Feuersteges auf der Gegendruckseite an die Zylinderlaufbahn im Kaltzustand des Motors stark be¬ einflußt ist.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu- gründe, bei dem gattungsgemäßen Kolben die Geräusch¬ bildung, die durch das Anschlagen des Kolbenkopfes im Kaltzustand des Kolbens auf der Gegendruckseite gegen die Zylinderlaufbahn verusacht wird, noch weiter zu vermindern.
Gelöst wird diese Aufgabe bei dem gattungsgemäßen Kolben durch eine Ausbildung des Kolbenschaftes nach den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegen¬ stand der Unteransprüche. Dabei kommt insbesondere der Lehre nach Anspruch 2 eine besondere Bedeutung zu, worauf weiter unten noch näher eingegangen werden wird.
Durch den Aufbau und die Außenform des Kolbenschaftes nach Anspruch 1 nimmt der Kolben in kaltem Zustand in dem Motorzylinder eine Lage an, in der der Kolbenkopf mit seinem oberen Ende auf der Druckseite gegenüber der Zylinderlauffläche so geneigt ist, daß im Feuer¬ stegbereich das Spiel gegenüber der Zylinderlaufflä¬ che auf der Gegendruckseite größer ist als auf der Druckseite. Dadurch wird bei Motoranlauf und im Teil¬ lastbetrieb, in dem der Kolben noch relativ geringe Temperaturen aufweist, eine Geräuschbildung durch An¬ schlagen der Ringpartie auf der Gegendruckseite ver¬ mieden.
Die angegebene Neigung des Kolbenkopfes im Kaltzu¬ stand des Kolbens im Motorzylinder wird dadurch er¬ reicht, daß die gegendruckseitige Mantelfläche von oben nach unten gegenüber der Kolbenlängsachse ge¬ neigt ist und zwar mit zum unteren Kolbenschafteπde hin gegenüber der Kolbeπachse abnehemendem radialen Abstand. Die Anlage des Kolbens an die auf der Gegeπ- druckseite so geneigte Mantelfläche wird noch begün¬ stigt durch die nach Anspruch 2 auf der Druckseite in umgekehrter Richtung gegebene Neigung der dortigen Schaftmaπtelfläche . Diese Aussage bezieht sich wie¬ derum auf den Kaltzustand.
Vorteilhaft für die Erzielung für die im Motorteil¬ lastbetrieb gewünschte geneigte Lage des Kolbens ist der auf der Gegendruckseite über einen weiten Bereich in wesentlichen geradlinige Mantellinienverlauf.
Mit zunehmender Wärme des Kolbenschaftes bewirkt der auf der Gegendruckseite im oberen Endbereich des Schaftes eingelegte Regelstreifen eine Behinderung der Wärmeausdehnung des Leichtmetalles in diesem Schaftbereich, während der untere gegeπdruckseitige Bereich des Schaftes sich ohne Behinderung durch ei¬ nen Regelstreifen erheblich stärker ausdehnen kann. Dadurch erhält die Mantellinie auf der Gegendrucksei¬ te des Schaftes im Vollastbetrieb des Motors einen Verlauf, der im wesentlichen parallel zu der Kolben¬ kopflängsachse ausgerichtet ist. Damit läuft dann auch der Kolbeπkopf zentrisch in der Zylinderbohrung.
Einen in die gleiche Richtung wirksamen Einfluß übt der auf der Druckseite im unteren Schaftbereich vor¬ gesehene weitere Regelstrei fen aus. Dieser sorgt näm¬ lich dafür, daß durch einen größeren radialen Abstand der Schaftmantelfläche im Regelstreifenbereich zur Kolbenlängsachse im Vergleich zu dem darüberliegenden Schaftbereich auf der Gegendruckseite eine Anlage im unteren Schaftbereich noch zusätzlich begünstigt wird.
Eine übliche Maßnahme zur Reduzierung von Kolbenge¬ räuschen im Motorlauf besteht in einer Desachsierung der Nabenbohrung des Kolbens. Diese Desachsierung liegt in der Regel zur Druckseite. Dadurch entsteht im oberen Totpunkt des Verdichtungshubes bei einset¬ zender Verbrennung ein Kippmoment, das den Kolbenkopf in Richtung Gegendruckseite drückt. Gleichzeitig wird der untere Schaftberεich des Kolbens auf der Gegen¬ druckseite nach radial außen gedrückt. Es entstehen also in den vorgenannten Schaf bereichen (Gegendruck¬ seite oben bzw. Druckseite unten) Anlagekräfte, die bei möglichst kleiner elastischer Verformung aufge¬ nommen werden sollen. Für eine enge Führung des im Kaltzustand gegen die Kolbenkopflängsachse geneigten Schaftes ist es daher vorteilhaft, den Schaft im un¬ teren Bereich auf der Druckseite steifer als auf der Gegendruckseite auszubilden. Im oberen Schaf bereich soll der Kolbenschaft auf der Gegendruckseitε dagegen wiederum relativ steif sein, um dort den im Kaltzu¬ stand gegenüber dem unteren Bereich größeren Radial¬ abstand der Mantelfläche zur Kolbenkopflängsachse si¬ cherzustellen und nicht durch eine zu hohe elasti¬ sche Verformbarkeit in diesem Bereich wieder einzu¬ schränken. Die unterschiedlichen Steifigkeiten lassen sich u.a. durch die Größe der ungestützten Bogenlänge des Schaftes auf Druck- und Gegendruckseite variie¬ ren.
Geräuschprobleme bestehen bei Warmbetrieb des Motors in der Regel nicht. Dies liegt daran, daß sich das Laufspiel bei warmem Kolben soweit gegenüber dem zu¬ nächst vorhandenen Kaltspiel erniedrigt hat, daß ein Kolbenkippen, das zu einem Anschlagen des Feuersteges an die Zylinderwand führen kann, praktisch nicht mehr auftritt. Die Erniedrigung des Spieles im warmen Be¬ triebszustand kann zu einer theoretischen Überdeckung' gegenüber der Zyliπderlauffläche führen.
Soweit aus JP-Abstract 57-81144 ein Kolben für Zwei¬ taktmotoren bekannt ist, bei dem zur Geräuschreduzie¬ rung der Schaft ein Profil aufweist, durch das teil¬ weise eine Kolbenschrägstellung bewirkt wird, fehlen dort die erfindungsgemäßen Maßnahmen zur geradlinigen Aufrichtung des Kolbens bei zunehmender Motorlast. Nach der Erfindung bestehen diese Maßnahmen insbeson¬ dere in dem Vorsehen eines Querschlitzes zwischen Kolbenkopf und Kolbenschaft auf der Gegendruckseite sowie in dem Vorsehen eines Regelstreifens in dem oberen Bereich des Kolbenschaftes ausschließlich auf der Gegendrucksei e sowie ggf. zusätzlich noch eines weiteren Regeistrei feπs im unteren Bereich der druck¬ seitigen Schafthälfte.
Unsymmetrische Schaftformen sind darüberhinaus an sich zwar ebenfalls aus DE 35 27 032 A1 bekannt, je¬ doch fehlen auch dort Hinweise auf die konkrete er- findungsgemäße Ausgestaltung des Schaftes zur Redu¬ zierung der Aufschlaggerausche des Kolbenkopfes.
Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung darge¬ stellt. Es zeigen
Fig.. 1 eine erste Ausführung eines Kolbens im Längsschnitt
Fig. 2 den axialen Mantelliniεnverlauf des kalten und warmen Kolbenschaftes nach Fig. 1 auf der Gegendruckseite
Fig. 3 den axialen Mantellinienverlauf des kalten und warmen Kolbenschaftes nach Fig. 1 auf der Druckseite
Fig. 4 die schiefe Ausrichtung des kalten
Kolbenschaftes nach Fig. 1 innerhalb des Motorenzylinders
Fig. 5 die Ausrichtung des warmen Kolben¬ schaftes nach Fig. 1 während des Motorbetriebes innerhalb des Motoren¬ zylinders
Fig. 6 eine Ansicht des Kolbens nach Fig. 1 von unten
Fig. 7 den Polarmaπtellinien erlauf (kalter und warmer Zustand) des Kolbeπschaftes in der Ebene VII
Fig. 8 den polaren Mantellinienverlauf (kalter und warmer Zustand) des Kolbenschaftes in Ebene VIII
Fig. 9 eine zweite Ausführung eines Kolbens im Längsschnitt
Fig. 10 den axialen Mantellinienverlauf des kalten und warmen Kolbenschaftes nach Fig. 9 auf der Gegendruckseite
Fig. 11 den axialen Mantellinienverlauf des kalten und warmen Kolbenschaftes nach Fig. 9 auf der Druckseite
Fig. 12 eine Ansicht des Kolbens nach Fig. 9 von unten
Fig. 13 einen Schnitt durch den Kolben in der Ebene XIII
Fig. 14 einen Schnitt durch den Kolben in der Ebene XIV
Der Kolben besteht aus einer Aluminium-Silizium-Le- gierung. In seinem Kopfteil sind Ringnuten 1 für Kom- pressionsringe und eine darunterliegende Ringnut 2 für einen Ölabstreifring vorgesehen.
Die in der Zeichnung eingetragenen Buchstaben haben folgende Bedeutung:
D = maximaler Durchmesser des Kolbens
L = maximale Länge des Kolbens
H = Kompressionshöhe
A = mittlere Schafthöhe unterhalb der untersten
Ringnut in einem Umfangsbereich etwa gleicher Schafthöhe von mindestens 90 Grad von jeweils der Druck- und Gegendruckseite
DS Druckseite des Kolbens
GDS Gegendruckseite des Kolbens
X = durch den Kolbenk'opf bestimmte Längsachse des Kolbens
Der Schaft des Kolbens ist auf der Gegendruckseite durch einen Querschlitz 3 von dem Kolbenkopf ge¬ trennt. Der Querschlitz 3 erstreckt sich in Umfangs- richtung über insgesamt 90 Grad und zwar symmetrisch zu beiden Seiten der durch die Längsachse X in Druck- Gegendruckrichtung verlaufende Ebene. Bei der Kolbenausführung nach Fig. 1 ist ausschlie߬ lich auf der Gegendruckseite im Inneren des Schaftes in dessen oberen Bereich ein Regelstreifen 4 aus Stahl eingesetzt. Der von diesem Regelstreifen bei sich erwärmendem Kolben ausgehende Regeleffekt bemißt sich auf im Maximum etwa 50 my bei Kolbeπdurchmessern zwischen 70 und 100 mm.
In Fig. 4 ist die Lage des Kolbens nach Fig. 1 einge¬ zeichnet, die dieser in kaltem Zustand in dem Motor¬ zylinder beim Verdichtungshub einnimmt. Durch die Pleuelschrägstellung während dieses Hubes liegt der Kolben mit seinem Schaft bei der Abwärtsbewegung auf der Gegendruckseite an. Die Ausrichtung erfolgt in dem Bereich des Kolbenschaftes auf der Gegeπdrucksei- te durch die dort vorhandene über einen größeren Be¬ reich geradlinig verlaufende axiale Mantellinie. Der geradlinige Mantellinienverlauf reicht dort von dem unteren Schaftende bis etwa 1 % vor dem oberen Schaf¬ tende. Auf der Druckseite ist der axiale Mantelli¬ nienverlauf dagegen im wesentlichen ballig. Beim Zu¬ rückkippen des Kolbens von der Gegendrucksei e zur Druckseite in der oberen Totpunktlage des Kolbens kann der Kolben auf der druckseitigen balligen Schaftform weich abrollen. Dadurch wird eine zusätz¬ liche Verbesserung des Kolbenscha f11aufgeräusches er¬ reicht.
Die entscheidende Geräuschminderung liegt jedoch dar¬ in, daß der Kolbenkopf an seinem Umfang an der Gegen¬ druckseite durch den dort geneigten Schaft aπtel aus¬ reichend Abstand zu der Zylinderlauffläche besitzt, um dort bei Teillast oder noch nicht betriebswarmem Motor nicht an die Zylinderwand anzuschlagen.
Die Neigung der axialen Mantellinie des Schaftes auf der Gegeπdruckseite wird in einem solchen Maße ge¬ wählt, daß im Vollastbetrieb durch den Regeleffekt des Regelstreifens 4 sich ein paralleler Verlauf die¬ ser Mantellinie zu der Längsachse X einstellt. Der Regelstreifen 4 ist direkt am oberen Ende des Schaf¬ tes angebracht und reicht im dargestellten Beispiel über eine Höhe von 25?ά der Schaftgesamtlänge. Der Durchmesser des Feuerstegs des Kolbenkopfes ist ge¬ ringer als^der maximale Durchmesser des Kolbenschaf¬ tes. Fig. 4 zeigt recht deutlich, wie der Kolbenkopf durch den Schaft bei kaltem Kolben in eine solche Schieflage gebracht wird, daß das Spiel zwischen Ringpartie und Zylinderlauffläche auf der Gegeπdruck¬ seite des Kolbens deutlich größer ist als auf der diametral gegenüberliegenden Druckseite des Kolbens. Dadurch wird das Kolbengeräusche verursachende An¬ schlagen der Ringpartie vermieden.
In den Fig. 7 und 8 ist in .stark überzeichnetem Ma߬ stab der umfangs äßige Mantellinienverlauf des Kol¬ benschaftes in zwei übereinanderliegenden Ebenen dar¬ gestellt .
Bei dem Kolben nach Fig. 9 Ist zusätzlich zu dem im oberen Schaftbereich auf der- Gegendruckseite angeord¬ neten Regelstreifen 4 noch im unteren Schaftbereich auf der Druckseite ein weiterer Regelstreifen 5 ein¬ gelegt. Die Regelstreifen 4 und 5 erstrecken sich je- weils von einem der beiden Naben 6-Bereiche umfangs- mäßig bis vor die senkrecht zur Kolbenbolzenachse verlaufende_ Kolbenkippebene, d.h. die Regelstreifen sind umfangsmäßig im Bereich der Kolbenkippebene von¬ einander getrennt. Insbesondere aus Gründen eines vereinfachten Einbringens der Regelstreifen beim Gie¬ ßen der Kolben sind jeweils ein Regelstreifen 4 und 5 zu einem gemeinsamen im Bereich der Kolbennabe 6 ver¬ bundenen Regelstreifen 7 verbunden.
Durch die Regels reifen 5 im unteren Schaftbereich auf der Druckseite kann der Kolben in diesem unteren Schaftbereich im Kaltzustand mit einem dort derart engen radialenSpiel eingebaut werden, daß auf der Ge¬ gendruckseite eine Anlage an den dort von oben nach unten innen geneigten Schaftmantel gefördert wird. Dadurch kommt der Kolben beim Kippen zur Gegendruck¬ seite früher mit der druckseitigen Schaftunterseite zur Anlage, wodurch der Kippwinkel reduziert wird.
Über die axiale Höhe wird der Kolbenschaft dadurch in seiner Steifheit verändert, daß die tragenden Schaft¬ flächen umfangsmäßig ungleich breit sind und jeweils an dem umfangsmäßigen Ende nach radial innen abge¬ stützt sind. Die unterschiedliche Elastizität in axialer Richtung wird dabei so verteilt, daß der Kol¬ benschaft auf der Gegendruckseite im oberen Bereich, in dem sich der Regelstreifen 4 befindet steifer als in dem darunterliegenden Schaftbereich geführt ist. Auf der Druckseite wird dagegen der untere Schaftbe¬ reich steifer ausgeführt als derjenige auf der Gegen¬ druckseite gegenüberliegende untere Schaftbereich. Die die tragenden Schaftflächen 8, 9 in Richtung zur Kolbenachse verbindenden Wände 10 sind in ihrem Ver¬ lauf durch die Form der sich über die Höhe des Schaf¬ tes verändernden Tragflächen 8, 9 vorgegeben. Die Na¬ ben 6 können radial über diese Wände 10 hinausragen. Am unteren Schaftende kann aus fertigungstechnischen Gründen ein schmaler umlaufender Ringbund 11 vorgese¬ hen sein. Ein solcher Ringbund ermöglicht es, den Kolben rollend durch die einzelnen Fertigungsstatio¬ nen zu transportieren.

Claims

Patentansprüche
a) Leichtmetall-Tauchkolben für Verbrennungsmo¬ toren mit einem die Kolbenringnuten enthal¬ tenden Kolbenkopf und einem sich unterhalb der untersten Ringnut anschließenden Kolben¬ schaft mit folgenden Eigenschaften:
b) der Kolbenschaft besitzt eine Längsachse X, die die Symmetrieachse für dessen axiale Mantellinien ist,
c) der Kolbenschaft ist auf der Gegendruckseite durch einen Querschlitz vom Kolbenkopf ge¬ trennt,
d) im Inneren des Kolbenschaftes sind an dessen oberem Ende Regelstreifen (4) vorgesehen, deren Material einen gegenüber dem Leichtme¬ tall des Kolbens geringeren Wärmeausdeh¬ nungskoeffizienten besitzt,
dadurch gekennzeichnet, daß die Regelstreifen (4) auf die zur Gegeπ- druckseite gelegene Hälfte des Schaftes be¬ schränkt sind und daß im Kaltzustand des Kolbens der maximale radiale Abstand der ge- gendruckseitigen Schaftmantellinien (GK) ge¬ genüber der Kolbenkopflängsachse X im Be¬ reich der Regelstreifen (4) liegt.
Leichtmetall-Tauchkolben nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß auf der druckseitigen Hälfte des Schaftes an dessen unteren Ende weitere Regelstreifen (5) vorgesehen sind, deren Material einen gegenüber dem Leichtmetall des Kolbens geringeren Wärmeaus¬ dehnungskoeffizienten besitzt und daß dort der maximale radiale Abstand der druckseitigen Schaftmantellinien (DK) gegenüber der Kolbenko¬ pflängsachse X im Bereich der Regelstreifen (5) liegt.
Leichtmetall-Tauchkolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenschaft in seinem oberen- Bereich auf der Gegendruckseite über einen kleineren Umfang an der Wand des Motorzylinders anliegt als auf der Druckseite während dies in dem unteren Schaf bereich genau umgekehrt ist und daß die an der Zylinderwand anliegenden Schaftabschnitte je¬ weils an ihren umfaπgsmäßigen Enden über die Schafthöhe in Richtung der Kolbenachse abgestützt sind, wobei die an der Zylinderwand anlaufenden Schaftflächen symmetrisch zur Kolbenkippebene " t>
(die Kolbenlängsachse aufnehmende und senkrecht zur Bolzenachse verlaufende Ebene) ausgerichtet sind, wobei am unteren Schafteπde als Abschluß ein über den gesamten Umfang verlaufender schma¬ ler Ringbund vorgesehen sein kann.
4. Leichtmetall-Tauchkolben nach einem der vorherge¬ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die auf Druck- und Gegendruckseite liegenden
Regels reifen (4, 5) miteinander verbunden sind.
5. Leichtmetall-Tauchkolben nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß insgesamt zwei Regelstreifen vorgesehen sind, von denen jeder einen der beiden Naben (6)-Berei- che des Kolbens durchläuft und jeweils vor der Kolbeπkippebeπe endet.
6. Leichtmetall-Tauchkolben nach einem der vorherge¬ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Kaltzustand des Kolbens die gegendrucksei- tige Mantellinie (GK) so verläuft, daß sich min¬ destens in dem mittleren Drittel der Schafthöhe ihr Abstand gegenüber der Längsachse X zum Schaf¬ tende hin kontinuierlich verringert und in diesem Höhenbereich im wesentlichen geradlinig ist.
7. Leichtmetall-Tauchkolben nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Kaltzustand des Kolbens die gegendrucksei- tige Mantellinie (GK) so verläuft, daß sich in einem Bereich zwischen dem unteren Ende und dem oberen Viertel des Kolbenschaftes ihr Abstand ge¬ genüber der Längsachse X zum Schaftende hin kon¬ tinuierlich verringert.
8. Leichtmetall-Tauchkolben nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Im Kaltzustand des Kolbens die gegendrucksei- tige Mantellinie (GK) so verläuft, daß sich in einem Bereich zwischen dem unteren Ende und den oberen 10?ό der Höhe des Kolbenschaftes ihr Ab¬ stand gegenüber der Längsachse X zum Schaftende hin kontinuierlich verringert.
9. Leichtmetall-Tauchkolben nach einem der vorherge¬ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der im kennzeichnenden Merkmal des Anspruchs 1 definierte Verlauf der gegendruckseitigen Man¬ tellinie (GK) sich über einen Umfang von minde¬ stens 30 Grad erstreckt.
10. Leichtmetall-Tauchkolben nach einem der vorherge¬ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, durch folgende Abmessungen:
L = (0,45 - 0,65) x D
A = (0,25 - 0,4) x D - " T
H = (0,3 - 0,4)
mit
D = maximaler Durchmesser des Kolbens
L = maximale Länge des Kolbens
Kompressionshöhe
A = mittlere Schafthöhe unterhalb der untersten Ringnut in einem Umfangs- bereich mit etwa gleicher Schafthöhe von mindestens 60 Grad sowohl auf der Druck- als auch auf der Gegendruckseite
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