DE1216631B - Oval light metal piston with regulating inserts - Google Patents

Description

Ovaler Leichtmetallkolben mit regelnden Einlagen Die Erfindung bezieht sich auf einen ovalen Leichtmetallkolben für Verbrennungskraftmaschinen mit regelnden Einlagen aus Werkstoffen kleiner Wärinedehnung, wobei die Regelglieder paarweise beiderseits der Bolzenaugen auf der Innenseite des Kolbenschaftes angeordnet sind und im Bereich der Laufflächen einen Abstand voneinander haben, der etwa einer Regelgliedlänge entspricht.Oval light metal piston with regulating inserts The invention relates on an oval light metal piston for internal combustion engines with regulating Inserts made of materials with low thermal expansion, with the control elements in pairs are arranged on both sides of the bolt eyes on the inside of the piston skirt and in the area of the treads have a distance from one another which is approximately the length of a control element is equivalent to.

Für Motoren mit hoher Laufruhe werden heute fast ausschließlich Kolben verwendet, bei welchen Ringe oder Streifen aus Metall kleiner Wärmedehnüng, wie z. B. Eisenwerkstoffe, so eingebaut werden, daß der Kolbemnantel bei Temperatureinwirkung in bestimmter Weise verformt wird. Es sind verschiedene Systeme bekannt, welche eine geeignete Verforinung der Mantelwand ergeben. Kolben nach den angegebenen Konstruktionsrichtlinien werden zum Teil stark oval gefertigt, wobei die Durchmesser des Schaftes in Nabenrichtung bis zu 0,5 mm kleiner gehalten werden als in Richtung der Laufflächenseite. Bei Erwärmung des Kolbens wird dann der Kolbenschaft durch die regelnden Einlagen kleinerer Wärmedehnung aus seiner ovalen Herstellungsform heraus in eine runde oder nahezu runde Form übergeführt. Damit wird das größere Wärmewachstum des Kolbens aus Leichtmetall einseitig in die Nabenrichtung eingelenkt, während das Wärmewachstum des Kolbens in der Laufflächenrichtung zurückgehalten wird, indem es möglichst dem Wärmewachstum des eisernen Zylinders, gemäß seiner etwas kleineren Betriebstemperatur, gemessen an der des Kolbens, entspricht.For engines with high running smoothness pistons are used almost exclusively today, in which rings or strips of metal small heat expansion, such. B. ferrous materials are installed so that the piston shell is deformed in a certain way when exposed to temperature. Various systems are known which produce a suitable deformation of the jacket wall. Pistons according to the specified design guidelines are sometimes made very oval, with the diameter of the shank being kept up to 0.5 mm smaller in the direction of the hub than in the direction of the running surface side. When the piston is heated, the piston skirt is then converted from its oval production shape into a round or almost round shape by the regulating inserts of smaller thermal expansion. This deflects the greater heat growth of the piston made of light metal on one side in the direction of the hub, while the heat growth of the piston in the running surface direction is held back, in that it corresponds as much as possible to the heat growth of the iron cylinder, according to its slightly lower operating temperature, measured against that of the piston.

Bei Kolben nach dem genannten Prinzip, welche die Verformung des Schaftes mit innenliegenden halbkreisförmigen Streifen aus Stahl, die mit ihrem Mittelpunkt in der Bolzenachse liegen, verwirklichen, entstehen Bimetallkörper, welche die Mantelwand bei Erwärmung krümmen. Die Bimetallglieder mit der Nabe als Mittelpunkt führen dabei jeweils eine zangenartige Bewegung aus. Da andererseits die schaftverformenden Kräfte der beiden Bimetallglieder groß sind, wird der Metallstreifen kleinerer Wärmedehnung in kastenarti - ge Rippenkonstruktionen eingebettet, welche die bimetallische Verformung der Glieder in vorbestimmter Weise bremsen und ausregeln sollen. Dies ist um so notwendiger, als die dünne Mantelwand der Tragfläche, die sich auf der Druck- und Ge-endruckseite jeweils zwischen den Bimetallkörpern befindet, jenen bei ihrem Verformungsbestreben nicht genügend Widerstand entgegensetzt. Es besteht immer die Gefahr, daß die beiden Bimetallglieder durch ungenaue Fertigung CD oder durch Gußvorsätze. ungleich verformen. Das je- weilige dünne Mantelwandstück auf der Druck- und Gegendruckseite zwischen den beiden bünetallischen Gliedern kann dann die ungleiche Verformung der beiden Bimetallglieder nicht mehr ausgleichen. Es entsteht daher ein unsymmetrischer Kolbenschaft, der mangelhaftes Laufverhalten zur Folge haben kann.In the case of pistons according to the principle mentioned, which deform the shaft with inner semicircular steel strips with their center point in the bolt axis, bimetallic bodies are created which bend the jacket wall when heated. The bimetallic links with the hub as the center each perform a pincer-like movement. On the other hand, since the forces of the two schaftverformenden Bimetallglieder are large, the metal strip of smaller thermal expansion in kastenarti is - ge ribs embedded constructions which are intended to brake the deformation of the bimetallic elements in a predetermined manner and compensate. This is all the more necessary since the thin outer wall of the wing, which is located on the pressure and pressure side between the bimetal bodies, does not offer sufficient resistance to those in their tendency to deform. There is always the risk that the two bimetallic members will be damaged by inaccurate production CD or by cast attachments. deform unevenly. The respective thin jacket wall piece on the pressure and counter-pressure side between the two bimetallic members can then no longer compensate for the unequal deformation of the two bimetallic members. The result is an asymmetrical piston skirt, which can result in poor running behavior.

Aus der USA.-Patentschrift 2 238 087 ist auch schon ein Kolben bekannt, dessen regelnde Einlagen im wesentlichen an der inneren Mantelwand in Laufflächenge,gend vorgesehen sind. Sie erstrecken sich in Umfangsrichtung von Bolzenauge zu Bolzenauge, in denen sie verankert sind. Was sie darüber hinaus besonders kennzeichnet, ist eine mittige Längsteilung in axialer Richtung. In der Teilungsgegend ist das Kolbenmaterial nach innen verdickt, um auch hier eine Verankerung der regelnden Einlagen analog zu den Bolzenaugen vornehmen zu können. Bei dieser Kolbenkonstruktion entsteht ein kritischer Punkt der Regelung mitten in der Laufflächengegend, der es in der Praxis äußerst schwierig macht, hier eine kontinuierliche Regelung zu erzielen.From USA. Patent 2,238,087 a piston is also already known, the controlled deposit substantially on the inner casing wall in Laufflächenge, are quietly provided. They extend in the circumferential direction from bolt eye to bolt eye in which they are anchored. What also particularly characterizes them is a central longitudinal division in the axial direction. In the dividing area, the piston material is thickened towards the inside so that the regulating inserts can also be anchored here analogously to the bolt eyes. With this piston design, a critical point in the regulation arises in the middle of the running surface area, which in practice makes it extremely difficult to achieve continuous regulation here.

Schließlich ist noch in der österreichischen Patentschrift 157 035 ein ovaler Leichtmetallkolben beschrieben und dargestellt, der paarweise beiderseits der Bolzenaugen auf der Innenseite aufliegende Schwermetalleinlagen aufweist.Finally, in the Austrian patent specification 157 035, an oval light metal piston is described and shown, which has heavy metal inserts resting on the inside in pairs on both sides of the bolt eyes.

Da in den heutigen Motoren die Hubraumbelastung nach Mitteldruck und Drehzahl immer wieder gesteigert wird und gleichzeitig an Lebensdauer, Laufruhe und Abdichtung der Kolben immer höhere Ansprüche gestellt werden, müssen die Kolben auf das feinste abgestimmt werden, wenn sie den an sie gestellten Ansprüchen gerecht werden sollen. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Forderungen zu erfüllen. Zur Lösung dieses Problems wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Schaftwand in den zwischen den Regelgliedern verbleibenden Laufflächenbereichen wesentlich dicker bemessen ist als in den als Anlageflächen für die Regelglieder dienenden Bereichen.Since in today's engines the displacement load according to medium pressure and Speed is increased again and again and at the same time in service life, smoothness and sealing of the pistons are increasingly demanding, the pistons must are finely tuned if they meet the demands placed on them should be. The invention is therefore based on the object of meeting these requirements to meet. To solve this problem, it is proposed according to the invention, that the shaft wall in the tread areas remaining between the control members is dimensioned much thicker than in the contact surfaces for the control elements serving areas.

Der erfindungsgemäße Kolbenschaft ist insofern grundsätzlich entgegen den bislang gebräuchlichen Baufonnen gestaltet, als der Kolbenschaft auf seiner Druck- und Gegendruckseite, d. h. in jenem Teil des Kolbens, der in der Schwingungsebene die Anlage an den Zylinder bewirkt, schildartig verdickt ist. Hierdurch ist erreicht, daß bei der Aussteuerung des Schaftes durch die Regelglieder eine Verformung in diesen wandverdickten Bereichen nicht eintritt, sondem sie unter Beibehaltung ihrer geometrischen Form parallel zur Zylinderwand eingezogen werden, sobald der Kolbenkörper höhere Temperaturen annimmt und die vier Regelglieder durch fortschreitende Krümmung die schildartig verdickten Laufflächenbereiche nach innen ziehen. Der Kolbenschaft dehnt sich dabei in Nabenrichtung stärker aus, d. h., er lenkt seine natürliche Wärmedehnung ausschließlich in vorbekannter Weise in die Nabenrichtung um.The piston skirt according to the invention is fundamentally designed contrary to the previously customary designs in that the piston skirt is on its pressure and counter-pressure side, ie. H. is thickened like a shield in that part of the piston that causes the contact with the cylinder in the plane of oscillation. This ensures that when the shaft is controlled by the control elements, there is no deformation in these wall-thickened areas, but instead they are drawn in parallel to the cylinder wall while maintaining their geometric shape as soon as the piston body assumes higher temperatures and the four control elements become shield-like due to progressive curvature pull thickened tread areas inwards. The piston skirt expands more in the direction of the hub, i. that is, it deflects its natural thermal expansion exclusively in the previously known manner in the direction of the hub.

Der technische Fortschritt der Erfindung ist darin zu sehen, daß bei dem Erfindungsgegenstand eine Änderung der Krümmung der Laufflächen beim Regelvorgang nicht erfolgt. Diese werden vielmehr unter Beibehaltung ihrer Form parallel eingezogen.The technical progress of the invention can be seen in the fact that the subject of the invention a change in the curvature of the running surfaces during the control process not happened. Rather, these are drawn in in parallel while maintaining their shape.

Die Abbildungen veranschaulichen einen erfindungsgemäßen Regelkolben.The figures illustrate a control piston according to the invention.

Ab b. 1 zeigt einen Längsschnitt des Kolbens im rechten Winkel zur Bolzenachse; Ab b. 2 ist ein Querschnitt durch den Kolben in Höhe der Regelglieder, entsprechend dem Schnitt A-A in A b b. 1. From b. 1 shows a longitudinal section of the piston at right angles to the pin axis; From b. 2 is a cross section through the piston at the level of the control elements, corresponding to section AA in A b b. 1.

Die bimetallischen Regelglieder, bestehend aus dem Teil größerer Wärmedehnung, nämlich der Mantelwand 1, und dem Teil kleinerer Wärmedehnung, nämlich dem plattenförmigen Streifen aus Schwermetall 2, sind paarweise zu beiden Seiten der Kolbenbolzennaben 3 im Kolbenschaft eines Leichtmetallkolbens angeordnet. Die Mantelwand ist ün Bereich dieser Regelglieder vergleichsweise dünn und glatt ausgeführt und weist weder quer- noch längslaufende Rippen oder Wulste auf, damit eine gleichmäßige Verfonnung durch die bimetallischen Effekte im Bereich der Regelglieder gewährleistet bleibt.The bimetallic control elements, consisting of the part of greater thermal expansion, namely the jacket wall 1, and the part of smaller thermal expansion, namely the plate-shaped strip of heavy metal 2, are arranged in pairs on both sides of the piston pin bosses 3 in the piston skirt of a light metal piston. The jacket wall is comparatively thin and smooth in the area of these control elements and has neither transverse nor longitudinal ribs or bulges, so that the bimetallic effects in the area of the control elements ensure a uniform shape.

Weiterhin sind die vier Regelglieder, bestehend aus den Teilen 1 und 2, jedes für sich unabhängig und unzusammenhängend angeordnet.Furthermore, the four control elements, consisting of parts 1 and 2, are each arranged independently and incoherently.

Die Schwermetallstreifen 2 im Regelglied sind mit fensterartigen Aussparungen 4 versehen. Diese Aussparungen können rechteckig, viereckig oder runde Gestalt haben, müssen jedoch in jedem Streifen nach Gestalt und Aufteilung gleichartig sein, damit sich gleiche bimetallische Verformungen ergeben. Diese Aussparungen 4 sind mit dem Material des Kolbenmantels ausgegossen.The heavy metal strips 2 in the control element have window-like recesses 4 provided. These recesses can be rectangular, square or round in shape, however, must be of the same type in each strip in terms of shape and division, so the same bimetallic deformations result. These recesses 4 are with the Material of the piston skirt poured out.

Die Laufflächenseiten 5 des erfindungsgemäßen Regelkolbens sind etwa in der Breite einer Regelgliedlänge über die ganze Länge des Kolbenschaftes vergleichsweise dick ausgeführt, damit ungleiche Krümmungen in den vier einzelnen Regelgliedern ausgeglichen werden können.The running surface sides 5 of the control piston according to the invention are made comparatively thick about the width of a control element length over the entire length of the piston shaft, so that unequal curvatures in the four individual control elements can be compensated for.

Claims (1)

Patentanspruch: Ovaler Leichtmetallkolben für Verbrennungskraftmaschinen mit regelnden Einlagen aus Werkstoffen kleiner Wärmedehnung, wobei die Regelglieder paarweise beiderseits der Bolzenaugen auf der Innenseite des Kolbenschaftes angeordnet sind und im Bereich der Laufflächen einen Ab- stand voneinander haben, der etwa einer Regelgliedlänge entspricht, dadurch gekennz e i c h n e t, daß die Schaftwand in den zwischen den Regelgliedem (2) verbleibenden Laufflächenbereichen (5) wesentlich dicker bemessen ist als in den als Anlageflächen für die Regelglieder dienenden Bereichen (1). In Betracht gezogene Druckschriften: Österreichische Patentschrift Nr. 157 035; USA.-Patentschrift Nr. 2 238 087. Have Oval Light metal piston for internal combustion engines with regulatory deposits of materials smaller thermal expansion, wherein the control elements are arranged in pairs either side of the pin bosses on the inside of the piston shaft and in the region of the tread was a waste of one another which corresponds approximately to a control link length, gekennz characterized eichnet,: claim that the shaft wall in the running surface areas (5 ) remaining between the control elements (2) is dimensioned to be considerably thicker than in the areas (1) serving as contact surfaces for the control elements. Considered publications: Austrian patent specification No. 157 035; U.S. Patent No. 2,238,087.