DE1292940B - Pistons for internal combustion engines - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolben aus einer Aluminiumlegierung für Brennkraftmaschinen, auf dessen Stirnfläche eine Schutzplatte aus warmfestem Metall mittels stählerner Befestigungselemente angebracht ist, welche in der Schutzplatte versenkte Köpfe und in Bohrungen der Kolbenstirnwand aufgenommene Schäfte aufweisen.The invention relates to a piston made of an aluminum alloy for Internal combustion engines, on the face of which a protective plate made of heat-resistant metal is attached by means of steel fasteners, which in the protective plate have countersunk heads and shafts received in bores in the piston end wall.

Ein bekannter, aus einer Aluminiumlegierung bestehender Kolben weist stählerne Elemente zur Befestigung einer aus warmfestem Metall bestehenden Schutzplatte auf seiner Stirnfläche auf. Die Befestigungselemente sind mit Senkköpfen ausgebildete Schrauben, deren Schäfte in Bohrungen der Kolbenstirnwand eingreifen (deutsche Patentschrift 421004).A known piston made of an aluminum alloy has steel elements for attaching a protective plate made of heat-resistant metal on its face. The fastening elements are formed with countersunk heads Screws, the shafts of which engage in bores in the piston end wall (German patent specification 421004).

Da die Schutzplatte und der Kolben aus unterschiedlichen Materialien mit voneinander verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten bestehen, stellt die bekannte Verbindung der Schutzplatte mit der Kolbenstirnfläche mittels Schrauben, die keine besonderen Sicherungen gegen Drehung aufweisen, eine unvollkommene Lösung dar. Die Schrauben werden sich im Laufe der Zeit lösen. Ein Lösen der Schrauben hat schwerwiegende Folgen, die darin bestehen, daß sich die Schutzplatte an der Kolbenstirnwand lockert. Hierdurch ist eine einwandfreie Arbeitsweise des Kolbens auf die Dauer in Frage gestellt.Because the protective plate and the piston are made of different materials with mutually different coefficients of thermal expansion, represents the known connection of the protective plate with the piston face by means of screws, which do not have any special protection against rotation, an imperfect solution The screws will loosen over time. Loosening the screws has serious consequences, which are that the protective plate on the Piston front wall loosens. This ensures that the piston works properly questioned in the long run.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die dem bekannten Kolben anhaftenden Nachteile zu vermeiden und insbesondere eine Befestigung zu schaffen, mit der eine dünne Schutzplatte auf möglichst einfache Weise und so sicher an der Kolbenstirnwand befestigt werden kann, daß ein unbeabsichtigtes Lösen während des Betriebes vermieden wird.The object of the present invention is the known piston to avoid inherent disadvantages and in particular to create an attachment, with which a thin protective plate is as simple as possible and thus securely attached to the Piston end wall can be attached to prevent accidental loosening during the Operation is avoided.

Die Erfindungsaufgabe wird dadurch gelöst, daß die Befestigungselemente Stifte sind, deren Schäfte mit Preßsitz in den Bohrungen der Kolbenstirnwand sitzen, und daß die Preßpaarung zur Aufrechterhaltung eines Preßsitzes in dem während des Betriebs zu erwartenden Temperaturbereich bei Raumtemperatur ein den unterschiedlichen Wärmedehnungen von Aluminiumlegierung und Stahl entsprechendes Übermaß aufweist.The object of the invention is achieved in that the fastening elements Are pins whose shafts sit with a press fit in the holes in the piston end wall, and that the press pairing to maintain a press fit in the during the Operating temperature range to be expected at room temperature a different Has thermal expansions of aluminum alloy and steel corresponding oversize.

Der Vorteil der vorliegenden Erfindung gegenüber dem Stand der Technik besteht darin, daß die Befestigung der Schutzplatte an der Kolbenstirnwand mittels Preßstiften erheblich weniger Arbeit als eine Befestigung mittels Schrauben erfordert. Bei der erfindungsgemäßen Befestigung mittels Preßstiften ergibt sich in überraschender Weise der weitere Vorteil, daß die Preßstifte eine wesentlich größere Sicherheit gegen ein unbeabsichtigtes Lösen der Schutzplatte während des Kolbenbetriebes bieten als die bekannten Schrauben. Auch bei erheblich unterschiedlichen Wärmedehnungen zwischen Schutzplatte und Kolben sitzen die Preßstifte so fest, daß sich die Schutzplatte nicht lockern kann.The advantage of the present invention over the prior art is that the attachment of the protective plate to the piston end wall by means of Press pins require considerably less work than fastening by means of screws. In the case of fastening according to the invention by means of compression pins, there is a surprising result Way the further advantage that the press pins have a much greater security offer against unintentional loosening of the protective plate during piston operation than the known screws. Even with significantly different thermal expansions between the protective plate and the piston are seated so tightly that the protective plate is can't loosen up.

In vorteilhafter Weiterausbildung der Erfindung sind die Stifte als an sich bekannte Kerbstifte mit in den Bohrungen der Kolbenstirnwand liegenden gerieften oder gerändelten Oberflächenabschnitten ausgebildet.In an advantageous further development of the invention, the pins are as grooved pins known per se with grooved ones lying in the bores of the piston end wall or knurled surface sections formed.

Die Ausbildung der Stifte als Kerbstifte bietet den Vorteil einer bestmöglichen Verriegelung der Stifte in den Bohrungen der Kolbenstirnwand und damit die denkbar sicherste Verbindung der Schutzplatte mit der Kolbenstirnfläche.The formation of the pins as grooved pins offers the advantage of a best possible locking of the pins in the holes in the piston front wall and thus the safest possible connection between the protective plate and the piston face.

Die Zeichnung stellt bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung dar. Es zeigt F i g. 1 eine Draufsicht auf den Kolben, F i g. 2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 gemäß F i g. 1, F i g. 3 eine abgewandelte Form eines Stiftes, F i g. 4 einen entlang der Linie 4-4 gemäß F i g. 3 in vergrößerter Darstellung gezeichneten Schnitt und F i g. 5 ein Detail eines Teils des Stiftes gemäß Fig.3.The drawing represents preferred embodiments of the invention It shows FIG. 1 shows a plan view of the piston, FIG. 2 shows a section along the line 2-2 according to FIG. 1, Fig. 3 shows a modified form of a pen, F i G. 4 one along the line 4-4 according to FIG. 3 drawn in an enlarged view Section and F i g. 5 shows a detail of part of the pin according to FIG.

Der Kolben 10 (F i g. 1 und 2) besteht aus einer Aluminium-Silizium-Legierung, die sich langsam ausdehnt und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa hat. Der Kolben weist in seiner Stirnwand einen »umschlossenen« ringförmigen Verbrennungsraum 11 auf, der so geformt ist, wie z. B. die britische Patentschrift 715 524 beschreibt. Der Verbrennungsraum 11 weist eine Öffnung 12 auf, die sich nach der Kolbenstirnfläche zu öffnet und einen kleineren Durchmesser als die Außenwände des ringförmigen Verbrennungsraums 11 aufweist.The piston 10 (FIGS. 1 and 2) consists of an aluminum-silicon alloy that expands slowly and has a coefficient of thermal expansion of approximately Has. The piston has in its end wall an "enclosed" annular combustion chamber 11 which is shaped like, for. B. British Patent 715,524 describes. The combustion chamber 11 has an opening 12 which opens towards the piston end face and has a smaller diameter than the outer walls of the annular combustion chamber 11 .

Bei der vorliegenden Anordnung ist die Öffnung in einer dünnen Schutzplatte 13 aus hitzebeständigem Metall ausgebildet, die durch eine Anzahl Stifte 14, die sich durch Löcher in der Schutzplatte 13 hindurch in Bohrungen 10 a in der Stirnwand des Kolbens 10 hineinerstrecken, an dem Kolben 10 befestigt.In the present arrangement, the aperture in a thin protective plate 13 is formed of refractory metal, which is fixed by a number of pins 14 which hineinerstrecken through holes in the protective plate 13 into bores 10a in the end wall of the piston 10 on the piston 10 .

Die Schutzplatte 13 und die Stifte 14 bestehen aus einem Siliziumchromstahl mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa Rostfreier Stahl läßt sich für diese Teile ebenfalls verwenden.The protective plate 13 and the pins 14 are made of a silicon chrome steel with a coefficient of thermal expansion of approximately Stainless steel can also be used for these parts.

Die Stirnwand des Kolbens 10 ist mit einer flachen Aussparung 10 b versehen, die sich vom Umfang des ringförmigen Verbrennungsraums Il aus radial nach außen erstreckt. Die Schutzplatte 13 ist in die flache Aussparung 10 b eingelassen.The end wall of the piston 10 is provided with a flat recess 10 b which extends radially outward from the circumference of the annular combustion chamber II. The protective plate 13 is let into the shallow recess 10 b.

Die Löcher in der Schutzplatte 13, durch welche sich die Stifte 14 hindurch erstrecken, sind versenkt. Die Stifte 14 sind mit entsprechend geformten Köpfen 14a versehen, mit denen sie bündig in die versenkten Löcher hineinpassen. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß durch unterschiedliche Wärmedehnung auftretende schwere Scherbelastungen der Stifte vermieden werden.The holes in the protective plate 13 through which the pins 14 extend are countersunk. The pins 14 are provided with correspondingly shaped heads 14a with which they fit flush into the countersunk holes. This arrangement has the advantage that heavy shear loads on the pins which occur due to different thermal expansion are avoided.

Die Bohrungen 10 a erstrecken sich in Längsrichtung in der Stirnwand des Kolbens 10 und lassen sich unter Verwendung herkömmlicher und billiger Maschinen genau herstellen. Der Durchmesser der Bohrungen 10 a ist kleiner als der Durchmesser der Stifte 14, so daß die Stifte im Festsitz in den Bohrungen stecken und die Schutzplatte 13 unter sämtlichen Betriebsbedingungen fest in Stellung halten. Die relativen Abmessungen der Bohrungen 10a und Stifte 14 sind unter Berücksichtigung der physikalischen Eigenschaften einschließlich der Wärmeausdehnungskoeffizienten der verwendeten Materialien und der beim Gebrauch wahrscheinlich auftretenden Temperaturschwankungen gewählt, so daß sich die Schutzplatte 13 nicht lockert. Selbstverständlich darf das verwendete Übermaß nicht so groß sein, daß der Kolben 10 überspannt wird. Die Stifte 14 weisen an ihren Enden verjüngte Teile 14 b mit einer Verjüngung von beispielsweise 15`-' auf, die nicht nur den Eintritt in die Bohrungen 10a erleichtern, sondern auch eine Polierwirkung ergeben, wenn die Stifte in die Bohrungen 10a eingeführt werden, um so einen guten Sitz zu gewährleisten.The bores 10 a extend in the longitudinal direction in the end wall of the piston 10 and can be precisely manufactured using conventional and inexpensive machines. The diameter of the bores 10 a is smaller than the diameter of the pins 14, so that the pins are firmly seated in the bores and hold the protective plate 13 firmly in position under all operating conditions. The relative dimensions of the bores 10a and pins 14 are selected taking into account the physical properties, including the coefficients of thermal expansion of the materials used and the temperature fluctuations likely to occur during use, so that the protective plate 13 does not loosen. Of course, the excess used must not be so great that the piston 10 is overstretched. The pins 14 have tapered parts 14b at their ends with a taper of, for example, 15`- ', which not only facilitate entry into the bores 10a, but also produce a polishing effect when the pins are inserted into the bores 10a so to ensure a good fit.

Erwünschtenfalls können die Teile 14b nach dem Einschlagen der Stifte 14 verstemmt werden, um einen zweiten Kopf zu schaffen.If desired, the parts 14 b can be caulked after the pins 14 have been hammered in, in order to create a second head.

Die F i g. 3 bis 5 zeigen besondere Ausführungsformen von Stiften 14, durch die eine verbesserte Verriegelung erzielt wird. Die Stifte 14 weisen die bereits beschriebenen versenkten Köpfe 14a und die verjüngten Enden 14b auf. Ihre Mittelteile haben eine bei 14c (F i g. 3) gezeigte Form. Zwischen Längserhebungen 14 e (F i g. 4 und 5) sind wie bei bekannten Kerbstiften um den Schaft herum geriefte oder gerändelte Oberflächenabschnitte 14 d und 14 f ausgebildet. Die Winkel der Anschrägung der Oberflächenabschnitte 14f betragen beispielsweise 30°, um ein Scheren des Kolbenmetalls zu verhindern, wenn die Stifte 14 festgeschlagen werden.The F i g. 3 to 5 show particular embodiments of pins 14 by means of which an improved locking is achieved. The pins 14 have the already described countersunk heads 14a and the tapered ends 14b. Their middle parts have a shape shown at 14 c (F i g. 3). As in known grooved pins, grooved or knurled surface sections 14 d and 14 f are formed around the shaft between longitudinal elevations 14 e (FIGS. 4 and 5). The angles of the bevel of the surface sections 14f are, for example, 30 ° in order to prevent the piston metal from shearing when the pins 14 are struck.

Die Stifte 1.4 sind nicht nur vorteilhaft gegenüber Schrauben in der Herstellung, weil ein Gewindeschneiden überflüssig ist, sondern ermöglichen auch die. Verringerung des Gewichts des Kolbens 10 und damit der Trägheit desselben, da die hitzebeständige Schutzplatte 1.3 viel dünner gemacht werden kann, als dies der Fall wäre, wenn z. B. die hitzebeständige Oberfläche durch einen eingeschraubten Einsatz zu bilden wäre. Auch sind die Stifte 14 selbstsperrend, im Gegensatz zu versenkten Schrauben, deren Verriegelung in ihrer Stellung schwierig ist.The pins 1.4 are not only advantageous over screws in production because thread cutting is superfluous, but also allow. Reducing the weight of the piston 10 and thus the inertia of the same, since the heat-resistant protective plate 1.3 can be made much thinner than would be the case if, for. B. the heat-resistant surface would be formed by a screwed insert. The pins 14 are also self-locking, in contrast to countersunk screws, which are difficult to lock in place.

Ebenso läßt sich durch Zwischenschaltung einer dünnen Schicht wärmeisolierenden Materials zwischen der Schutzplatte 13 und dem Kolben 10, wie bereits erörtert, erwünschtenfalls ein besserer Verbrennungswirkungsgrad erzielen.Likewise, by interposing a thin layer of heat insulating material between the protective plate 13 and the piston 10, as already discussed, better combustion efficiency can be achieved if desired.

Soll die Öffnung 12 von der Mittellinie des Kolbens 10 oder des ringförmigen Verbrennungsraums 11 versetzt werden, sind die Stifte 14 und die Bohrungen 10a vorzugsweise ungleichförmig angeordnet, so daß die Platte 13 beim Einbau immer richtig auf der Stirnwand des Kolbens aufliegt und nicht falsch gelagert werden kann.If the opening 12 is to be offset from the center line of the piston 10 or the annular combustion chamber 11, the pins 14 and the bores 10a are preferably arranged non-uniformly so that the plate 13 always rests correctly on the end wall of the piston during installation and is not incorrectly stored can.

Claims (2)

Patentansprüche: 1. Kolben aus einer Aluminiumlegierung für Brennkraftmaschinen, auf dessen Stirnfläche eine Schutzplatte aus warmfestem Metall mittels stählerner Befestigungselemente angebracht ist, welche in der Schutzplatte versenkte Köpfe und in Bohrungen der Kolbenstirnwand aufgenommene Schäfte aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungselemente Stifte (14) sind, deren Schäfte mit Preßsitz in den Bohrungen(10a) der Kolbenstirnwand sitzen, und daß die Preßspaarung zur Aufrechterhaltung eines Preßsitzes in dem während des Betriebes zu erwartenden Temperaturbereich bei Raumtemperatur ein den unterschiedlichen Wärmedehnungen von Aluminiumlegierung und Stahl entsprechendes Übermaß aufweist. Claims: 1. Pistons made of an aluminum alloy for internal combustion engines, on its face a protective plate made of heat-resistant metal by means of steel Fastening elements is attached, which heads countersunk in the protective plate and have shafts received in bores in the piston end wall, characterized in that that the fastening elements are pins (14), the shafts of which are press fit into the Bores (10a) sit in the piston end wall, and that the press pairing to maintain a press fit in the temperature range to be expected during operation Room temperature in the different thermal expansions of aluminum alloy and Steel has corresponding oversize. 2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stifte (14) als an sich bekannte Kerbstifte mit in den Bohrungen (10a) liegenden gerieften oder gerändelten Oberflächenabschnitten (14d, 14 f) ausgebildet sind.2. Piston according to claim 1, characterized in that the pins (14) are designed as grooved pins known per se with grooved or knurled surface sections (14d, 14f) lying in the bores (10a).