DE1209804B

DE1209804B - Leichtmetallkolben fuer Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE1209804B
Application number: DEM39962A
Authority: DE
Inventors: Dietrich Von Lassberg
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1958-12-17
Filing date: 1958-12-17
Publication date: 1966-01-27
Also published as: GB914671A

Description

Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen Die Erfindung betrifft einen Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen mit Verstärkungsringen aus Schwermetall für die Kolbenbolzenaugen.
Bei hochbelasteten Brennkraftmaschinen mit Leichtmetallkolben besteht die Gefahr, daß das Kolbenbolzenauge insbesondere an seinem inneren Rand durch eine Ovalverformung des Kolbenbolzens aufgesprengt wird. Aber auch die Durchbiegung des Kolbenbolzens infolge der hohen Zünddrücke während des Betriebes kann zu ähnlichen Schäden führen. Man hat bereits versucht, durch geeignete Anordnung der Rippen, welche das Kolbenbolzenauge gegen den Kolbenboden abstützen, dem Kolbenbolzenauge gerade eine solche Elastizität zu geben, daß das Bolzenauge im Kolben etwa der Durchbiegung des Kolbenbolzens folgt, ohne daß eine Überbeanspruchung auftritt.
Es wurde auch schon vorgeschlagen, das Spiel zwischen Kolbenbolzenauge und Kolbenbolzen selbst und die Steifigkeit des Kolbenbolzens gegen Ovalverformung so gegeneinander abzustimmen, daß größere Kräfte nicht auf die Bohrung des Kolbenbolzenauges wirken. Eine derartige Abstimmung ist aber verhältnismäßig schwierig und erfordert die Einhaltung sehr feiner Toleranzen, die sich im Betrieb, wenn an Kolbenbolzen und Kolbenbolzenauge ein gewisser Verschleiß auftritt, nicht mehr einhalten lassen.
Die erwähnten Nachteile können bei einem Leichtmetallkolben mit Verstärkungsringen aus Schwermetall für die Kolbenbolzenaugen erfindungsgemäß dadurch behoben werden, daß die Ringe am Außenumfang der beiden Kolbenbolzenaugen aufgeschrumpft sind und im Querschnitt die Form eines hochkant stehenden Rechtecks aufweisen. Da sich der Teil des Kolbenbolzenauges, auf welchen der Schwermetallring aufgeschrumpft ist, unter den Betriebstemperaturen weniger ausdehnen wird als das an der Mantelfläche des Kolbens liegende Ende der Kolbenbolzenbohrung, ist es zweckmäßig, die Kolbenbolzenbohrung im Kolben leicht konisch oder nach einer entsprechenden Kurvenform auszubilden, so daß in kaltem Zustand des Kolbens die dem Kolbeninneren zugewandte Seite der Bohrung geringfügig größer ist als der Außenrand der Bohrung.
Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird einerseits infolge der gewählten Querschnittsform bei geringstmöglichem Ringgewicht die größtmögliche Schrumpfspannung erreicht, was bei Leichtmetallkolben, bei deren es bekanntlich auf ein geringes Gewicht der hin- und hergehenden Massen ankommt, von wesentlicher Bedeutung ist. Zum anderen sind am Außenumfang der Kolbenbolzenaugen aufgeschrumpfte Ringe wesentlich einfacher herzustellen als ein solcher in den Kolben eingegossener Ring, bei dem außer einem komplizierten Gießwerkzeug zusätzlich Halterungen für den Schwermetallring während des Gießvorgangs erforderlich sind, um ein Wegschwemmen durch das Gießmetall aus der später einzunehmenden Lage zu verhindern. Eingegossene Gegenstände verursachen zudem mit Ausnahme von runden, mehr oder weniger scharfe Ecken innerhalb des Gußkörpers, wodurch infolge ihrer Kerbwirkung leicht Anrisse auftreten können. Am Außenumfang der Kolbenbolzenaugen aufgeschrumpfte Ringe hingegen erschweren den Guß des Kolbens in keiner Weise, da das Aufziehen derselben nachträglich bei der Fertigbearbeitung des Kolbens erfolgen kann.
Es sind zwar schon Leichtmetallkolben mit beispielsweise Bimetallkörpern im Bolzenauge und in der Mantelgleitfläche zur Lenkung der Wärmedehnung bekannt. Um die auftretenden Kräfte gleichmäßig zu verteilen, hat man auch bereits streifenförmige Schwermetallversteifungen, insbesondere bei Kolben mit vom Mantel getrennter Krone einseitig in den Kolbenbolzenaugen angeordnet oder auch Spannschrauben im Innern des Kolbens angebracht.
Ferner sind Kolben bekannt, bei denen Schaft und Kopfteil aus verschiedenen Werkstoffen bestehen. Zur Entlastung der durch Vergießen miteinander verbundenen Teile von den Kolbenkräften werden die Vergußansätze zu Bolzenaugen erweitert, welche in die am Kopfteil sitzenden Bolzenaugen eingegossen sind.
Zur Verhinderung der Ausdehnung des Leichtmetallschaftes und von seitlichen Drücken wurde der Kolbenschaft auch bereits mit eingelegten Schwermetallringen versehen, die an den Bolzenaugen zu Bolzenringen erweitert sind. Bei einer anderen bekannten Ausführung werden die Kolbenbolzenaugen durch Zwischenlegen einer schmalen Scheibe zweigeteilt, um in einfacher Weise die durch Aufschlitzen der Augen erzielbare Wirkung zu erreichen.
Abgesehen davon, daß keine der bekannten Ausführungen zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe dient, sind dort auch lediglich im Auge eingegossene Einlagen vorgesehen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Am Leichtmetallkolben 1 sind zum Schutz gegen Verformung und Sprengung des Kolbenbolzenauges 3 durch den Kolbenbolzen am Außenumfang Schwermetallringe 2 aufgeschrumpft. Die Ringe weisen im Querschnitt die Form eines hochkant stehenden Rechtecks auf, um bei geringem Gewicht eine möglichst große Sicherheit gegen die auftretenden Kräfte zu gewährleisten. Vorzugsweise ist dabei der Querschnitt über den ganzen Umfang gleich, weil dadurch auch die Schrumpfspannung sich gleichmäßig verteilt, d. h. das Kolbenbolzenauge daher am ganzen Umfang gleichmäßig beansprucht wird und die Bohrung 4 rund bleibt.
Die Kolbenbolzenbohrung 4 ist nach dem Kolbeninnern hin, wie in der Zeichnung übertrieben bei 5 dargestellt ist, kegelig oder kurvenförmig erweitert. Die Bemessung ist dabei so getroffen, daß im warmen Zustand des Kolbens die Bohrung eine zylindrische Form annimmt.

Claims

Patentansprüche: 1. Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen mit Verstärkungsringen aus Schwermetall für die Kolbenbolzenaugen, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Ringe am Außenumfang der beiden Kolbenbolzenaugen aufgeschrumpft sind und im Querschnitt die Form eines hochkant stehenden Recktecks aufweisen.
2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung zur Aufnahme des Kolbenbolzens nach dem Kolbeninneren derart konisch oder kurvenförmig erweitert ist, daß im warmen Zustand des Kolbens infolge der Wärmedehnung des Leichtmetalls und des aufgeschrumpften Schwermetallringes die Bohrung zylindrische Form annimmt.
3. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Ringe über den ganzen Umfang gleich ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 596 482, 658 292, 710 666; österreichische Patentschriften Nr. 123 698, 128 649; schweizerische Patentschrift Nr. 142 547; britische Patentschrift Nr. 478171; USA.-Patentschriften Nr. 1982 396, 2 038 754, 2248175.