Nach dem Spritz- oder Pressgnssverfahren hergestellter Leichtmetallkolben. Es ist bekannt, Leichtmetall-, insbeson- dereAluminiumkolben in Kokillen zu giessen. Auf diese Weise sind idie meisten der gegen wärtig benutzten Kolben hergestellt worden. Neben dem Kokillenguss findet auch noch der Sandgu3 oder ein Giessen nur mit Sand kernen Anwendung.
Diese bekannten Ver fahren sind im Laufe der Zeit derart ver vollkommnet worden, dass sie hinsichtlich der Herstellung einwandfreier Gussstücke keine Schwierigkeiten bieten, obgleich in folge der verschieden starken Querschnitte Gefahr besteht, dass die gegossenen Kolben mit Gussfehlern behaftet sind.
Eine noch bessere Beschaffenheit des Werkstückes kann erzielt werden, wenn der Kolben durch Schmieden oder Pressen an gefertigt wird. Dabei wird ein vorgeknete- ter Werkstoff unter einer Friktions- oder hydraulischen Presse so geschmiedet, dass insbesondere die Ringpartie und der Kolben boden Wärmefl.iessquerschnitte aufweisen, die einwandfrei sind. Ein in der Fachwelt zwischen dem Giessen und dem Schmieden liegendes, gern benutztes erfahren ist das Spritz- oder Pressguss- verfahren, das wegen seines geringen Kosten aufwandes den vorerwähnten Herstellungs verfahren vorgezogen wird.
Die Benutzung des Spritz- oder Pressgussverfahrens für die Herstellung von Kolben mit Wandquer schnitten und Wärmefliessquerschnitten, wie sie die durch Giessen oder Schmieden her- gestellten: Kolben aufweisen, führte bisher erfahrungsgemäss jedoch zu keinem befrie digenden Ergebnis. Infolge der zahlreichen Fehlerstellen, insbesondere der grossen Lun- ker und Lufteinschlüsse, erwiesen sich die auf diese Weise angefertigten Kolben als vollkommen unbrauchbar.
Beim Press- oder Spritzgussverfahren wird flüssiges oder halbflüssiges Metall in eine stählerne Form unter sehr hohem Druck von beispielsweise einigen 100 Atm. und unter Anwendung einer grossen Geschwindigkeit eingebracht. Dabei werden die in dem me- tallischen Werkstoff enthaltenen Gase mit in das Werkstück eingeschlossen. Lunker- stellen, die beim Erstarren des Werkstoffes, das im übrigen ausserordentlich schnell vor sich geht, entstehen, besitzen im Innern ebenfalls einen ausserordentlich starken Über druck.
Infolge .der hohen Erwärmung des Kolbens während des Betriebes versuchen die eingeschlossenen Gase, sich sehr stark aus zudehnen. Der hierbei auftretende Druck kann gegebenenfalls so gross werden, dass der Kolben zerstört wird.
Es wird nun in der Praxis angestrebt, die günstigste Gusskörperqualität zu errei chen. Die letztere setzt jedoch eine ganz be stimmte Wandstärke des Kolbens voraus. Dabei zeigt sich aber, dass die Wärmeablei tung wegen der in diesem Fall einzuhalten den geringen Stärke der Querschnitte zu gering wird. Daher wurde bisher zugunsten eines grossen Wärmefliessquerschnittes darauf verzichtet, eine günstige Gusskörperqualität zu erlangen.
Die Lösung der Aufgabe gelingt bei einem Leichtmetallkolben, der Rippen zur Wärmeleitung und Verstärkung aufweist, dadurch, dass der Kolben nach dem Spritz- oder Pressgussverfahren hergestellt wird und dabei eine gleichmässige Bemessung der Quer schnitte des Bodens, der Ringpartie, des Schaftes und der Bolzenaugen unter sich auf weist. Auf diese Weise ist dafür gesorgt, dass den mechanischen und gleichzeitig auch den, thermischen Beanspruchungen vollauf Rech nung getragen wird.
Die Wärme, die nicht über die an sich zu dünn bemessenen Quer schnitte weitergeleitet und abgeführt werden kann, wird durch die in das Kolbeninnere hineinragenden Rippen von den heissesten Stellen abgeleitet.
Die Figuren lassen ein Ausführungs beispiel erkennen.
Fig. 1 zeigt einen Kolben im Längsschnitt quer durch die Kolbenbolzenaugen. Pig. 2 stellt einen Xolben rechtwinklig zum Querschnitt nach Fig. 1 dar.
Fig. 3 veranschaulicht den gleichen Kol ben in der Ansicht von unten.
Die in den Figuren wiedergegebenen Kolben sind die nach dem Spritz- oder Press- gussverfahren gewonnenen Rohlinge. Für die Bearbeitungszugabe sind allseitig nur wenige Zehntelmillimeter vorgesehen., so dass durch spanabhebende Nacharbeit eine wesentliche Veränderung der Querschnitte nicht mehr erfolgt.
Der Kolbenboden a, die Ringpartie b so wie die Kolbenbolzenaugen c sind in ihren Querschnitten unter sich wenigstens ange nähert überall gleich dick, jedoch wesentlich schwächer gehalten als bei durch Guss oder Schmieden hergestellten Kolben. Durch die Rippen d werden die Kolbenbolzenaugen ge genüber dem Kolbenboden abgestützt.
Die Rippen e dienen nicht nur zur Versteifung des Kolbenbodens, sondern auch gleichzeitig zur Abführung der vom Kolbenboden. aufgenom menen Wärme und Abgabe derselben an die Ringpartie bezw. an die Luft. Den Verlauf der Rippen d und e vom Kolbenboden zur Ringpartie zeigt die Fig. 3 besonders deutlich.
Die Rippen selbst können beliebig gestal tet sein. Hierfür ist nicht nur die mecha- nische Festigkeit, insbesondere die Verstei fung und die Wärmeabführung massgebend, sondern auch noch die günstigste Herstel lungsart des erforderlichen Pressgusswerk- zeuges.
Light alloy pistons manufactured using the injection or press-molding process. It is known to cast light metal, in particular aluminum, pistons in molds. This is how most of the pistons in use today have been made. In addition to chill casting, sand casting or casting only with sand cores is also used.
These known Ver drive have been so perfected over time that they do not offer any difficulties in terms of the production of flawless castings, although as a result of the different thick cross-sections there is a risk that the cast pistons are affected by casting defects.
An even better quality of the workpiece can be achieved if the piston is manufactured by forging or pressing. A pre-kneaded material is forged under a friction or hydraulic press in such a way that, in particular, the ring belt and the piston base have perfect heat flow cross-sections. In the specialist world between casting and forging, one that is often used and experienced is the injection or press casting process, which is preferred to the aforementioned manufacturing process because of its low cost.
However, experience has shown that the use of injection molding or compression molding for the production of pistons with wall cross-sections and heat flow cross-sections, such as those produced by casting or forging, has not led to any satisfactory result. As a result of the numerous flaws, especially the large voids and air pockets, the pistons made in this way proved to be completely unusable.
In the press or injection molding process, liquid or semi-liquid metal is converted into a steel mold under very high pressure of, for example, a few 100 atm. and introduced using a great speed. The gases contained in the metallic material are included in the workpiece. Blowholes, which arise when the material solidifies, which otherwise takes place extremely quickly, also have an extremely strong overpressure inside.
As a result of the high heating of the piston during operation, the enclosed gases try to expand very strongly. The pressure occurring here can possibly become so great that the piston is destroyed.
In practice, efforts are now being made to achieve the cheapest cast body quality. The latter, however, requires a very specific wall thickness of the piston. This shows, however, that the heat dissipation is too small because of the small thickness of the cross-sections to be observed in this case. Therefore, in favor of a large heat flow cross-section, the aim of achieving a favorable cast body quality has been dispensed with so far.
The solution to the problem is achieved with a light metal piston that has ribs for heat conduction and reinforcement in that the piston is manufactured using the injection or pressure molding process and the cross-sections of the base, the ring section, the shaft and the bolt eyes are evenly dimensioned points to. This ensures that the mechanical and, at the same time, the thermal loads are fully taken into account.
The heat that cannot be passed on and dissipated via the cross-sections, which are too thin per se, is dissipated from the hottest points by the ribs protruding into the interior of the piston.
The figures show an execution example.
Fig. 1 shows a piston in a longitudinal section across the piston pin bosses. Pig. 2 shows a piston at right angles to the cross section according to FIG.
Fig. 3 illustrates the same Kol ben in the view from below.
The pistons shown in the figures are the blanks obtained by the injection or compression molding process. Only a few tenths of a millimeter are provided on all sides for the machining allowance, so that there is no longer any significant change in the cross-sections due to reworking.
The piston crown a, the ring belt b as well as the piston pin bosses c are at least approximately the same thickness everywhere in their cross-sections, but kept much weaker than in pistons made by casting or forging. The gudgeon pin bosses are supported by the ribs d in relation to the piston crown.
The ribs e not only serve to stiffen the piston crown, but also at the same time to remove the from the piston crown. absorbed heat and delivery of the same to the ring belt BEZW. to the air. The course of the ribs d and e from the piston crown to the ring belt is shown particularly clearly in FIG.
The ribs themselves can be designed as desired. For this, not only the mechanical strength, in particular the stiffening and the heat dissipation, is decisive, but also the cheapest method of manufacturing the required die-casting tool.