DE577388C - Leichtmetallkolben mit Stahlringen fuer Brennkraftmaschinen - Google Patents

Leichtmetallkolben mit Stahlringen fuer Brennkraftmaschinen

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DE577388C
DE577388C DEK123379D DEK0123379D DE577388C DE 577388 C DE577388 C DE 577388C DE K123379 D DEK123379 D DE K123379D DE K0123379 D DEK0123379 D DE K0123379D DE 577388 C DE577388 C DE 577388C
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00Pistons 
    • F02F3/02Pistons  having means for accommodating or controlling heat expansion
    • F02F3/04Pistons  having means for accommodating or controlling heat expansion having expansion-controlling inserts
    • F02F3/08Pistons  having means for accommodating or controlling heat expansion having expansion-controlling inserts the inserts being ring-shaped

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

Description

  • Leichtmetallkolben mit Stahlringen für Brennkraftmaschinen Die Erfindung betrifft einen aus Aluminium- oder Magnesiumlegierungen bestehenden Leichtmetallkolben, insbesondere für Brennkraftmaschinen, mit am Kolbenmantel vorgesehenen Stahlversteifungen.
  • Leichtmetallkolben mit Stahlversteifungen sind an sich bereits bekannt. Abgesehen von den bekannten Kolben, bei welchen eine aus Stahl bestehende Laufbüchse lediglich zwecks Herabsetzung der Zylinderabnutzung vorgesehen und mittels Schrauben oder Niete auf dem federnd ausgebildeten Kolbenmantel derart befestigt ist, daß letzterer sich während des Betriebes ungehindert dehnen kann, besteht die Stahlversteifung bisher gewöhnlich aus in sich geschlossenen, starren Stahlringen, welche in das Leichtmetall des Kolbenkörpers eingegossen werden. Die eingegossenen starren Stahlringe haben zur Folge, daß sie beim Erkalten des Kolbens von dem Leichtmetall nicht fest umschlossen werden, sondern Zwischenräume entstehen, welche eine ungehinderte Dehnung des Kolbens nach außen bei Erwärmung gestatten. Um ein Festfressen des Kolbens zu verhindern, ist es daher erforderlich, den Durchmesser des aus Leichtmetall bestehenden Kolbenmantels um den doppelten Betrag des ringförmigen Zwischenraumes zwischen den Stahlringen und der diese umgebenden Leichtmetallwandung kleiner als den Durchmesser der Stahlringe zu bemessen. Während einer gewissen Betriebszeit wird demnach die Führung des Kolbens lediglich von den eingegossenen Stahlringen bewirkt, während der aus Leichtmetall bestehende größte Teil des Kolbenmantels der Zylinderwandung nicht anliegt. Bei nur geringer Abnutzung der Stahlringe an ihren Laufflächen ist infolgedessen ein Klappern der Kolben unvermeidlich.
  • Ähnliche Nachteile weisen auch die weiterhin bekannten Leichtmetallkolben auf, bei welchen die in -sich geschlossenen starren Stahlringe nicht bis auf die Außenseite des Kolbenmantels reichen, sondern auf ihrer ganzen Ausdehnung im Innern des Leicht rnetallmantels eingebettet liegen. Der hierbei mit mehreren bis zur Kolbenmündung durchgehenden Längsschlitzen versehene Kolbenmantel kann sich infolge der sich beim Erkalten bildenden Zwischenräume zwischen den Stahlringen und der diese umgebenden Leichtmetallwandung bei Erwärmung ungehindert ausdehnen, so daß der zwischen Zylinder und Kolbenmantel jeweils vorzusehende Spielraum besonders groß bemessen werden muß und der Kolben infolgedessen klappert oder aber häufig gefährliche Formveränderungen erleidet.
  • Die Erfindung bezweckt, die bei den bekannten Leichtmetallkolben zwischen den eingegossenen Stahlringen und dem Leichtmetallmantel durch die verschieden starke Schrumpfung beim Erkalten sich bildenden Zwischenräume und damit die ungehinderten Dehnungen des Leichtmetallmantels bei der Erwärmung zu vermeiden und die Stahlversteifungen derart auszubilden und anzuordnen, daß das Spiel zwischen dein Kolbeninantel und dem Zylinder bei allen Betriebstemperaturen auf der ganzen Mantellänge des Kolbens unvenindert oder nahezu unverändert bleibt und der Mindestspielraum zwischen Kolbenmantel und Zylinder besonders klein bemessen «-erden kann. Dies ist erfindungsl;eiiiäß dadurch erreicht, daß in Ringnuten der Lauffläche des nachgiebigen Kolbeninantels Stahlbänder in gegebenenfalls angewä rinteni Zustande eingepreßt und hierauf unter Spannung an den Enden z. B. durch Schweißung unlösbar verbunden sind, so daß die Stahlbänder den Kolbenmantel fest umschließen, keinerlei Zwischenraum zwischen Stahlbändern und Leichtmetallmantel entstehen und der Leichtmetallmantel sich bei Erwärmung nur 'so weit ausdehnen kann, als dies die Stahlbänder zulassen. Die in kaltem "Zustande des Leichtmetallkolbens in Ringnuten der Lauffläche nachträglich eingepreßten Stalilbänd er werden vorzugsweise aus einem solchen Stahl, z. B. Invarstahl, gefertigt. der etwa den gleichen Wä rrneausdehnungskoeffizienten wie die gebräuchlichen Zylinder besitzt; sie können vor oder nach dein Einpressen gegebenenfalls gehärtet werden. um höhere Festigkeit und besonders gute Laufeigenschaften zuerzielen. Die besondere Ausbildung und Anordnung der Stahlbänder ermöglicht, die Kolben nicht nur durch Gießen in Dauerformen, sondern auch im Wege des Warmpressens herzustellen und als Werkstoff für den Kolben auch Magnesiumlcbierungen mit verhältnismäßig geringer Härte welche und bisher Verschleißfestigkeit, als Material für Kolben wie Elektron, wenig geeignet erschienen, mit Vorteil anzuwenden. Vor allein aber wird durch die Erfindung der Vorteil erzielt, daß der neue Leichtmetallkolben mit besonders geringem Spiel in Zylinder eingebaut werden kann, ohne Mehrreibung zu verursachen, ferner das Fressen und auch jegliches Klappern des Kolbens im Zylinder Zylinder die vermieden erfindungsgemäß werden. erst nachträglich zu Ringen verschweißten Stahlbänder durch Fortfall jeglichen Spiels in dem Kolbenniantel dessen Wärmeausdehnung auf der gesamten Mantellänge regeln, können die Stahlbänder erfindungsgemäß nach ihrer Montage auf den gleichen Durchmesser wie der Kolbeninantel abgedreht werden.
  • Um die bei Erw:irinung über die Bewegung der fest geschlossenen Stahlbänder hinausgehende Wärmeausdehnung des Kolbenmantels auszugleichen, ist letzterer erfindungsgemaß dadurch nachgiebig ausgebildet, daß der Kolbeiunantel eine oder mehrere längsgerichtete muldenför inige Vertiefungen mit nachgiebigen Wänden aufweist. Die Ausdehnung und Zusammenziehung des Kolbenmantels erfolgt hierbei nicht in radialer Richtung, sondern in Umfangsrichtung des Kolbeninantels, wobei die nachgiebigen Wandungen der inuldenföTinigen Vertiefungen der Ausdehnung bzw. Zusammenziehung entsprechend ihre Form bzw. Lage ändern. Die Nachgiebigkeit der «Wandungen der muldenförmigen Vertiefungen wird durch schmale Längsschlitze erreicht, welche jedoch vorzugsweise lediglich in den zwischen den Stahlringen liegenden Teilen des Kolbenmantels vorgesehen sind, so daß Formveränderungen der Wandungen auch nur in diesen Teilen der muldenförmigen Vertiefungen stattfinden.
  • Weitere Merkmale und Vorteile des neuen Leichtmetallkolbens gehen aus der Zeichnung hervor, welche die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
  • Abb. i ist ein quer zum Kolbenbolzenlager durch den neuen Leichtmetallkolben gelegter Längsschnitt.
  • Abb.2 zeigt den Leichtmetallkolben im Längsschnitt durch das Kolbenbolzenlager. Abb.3 ist ein Querschnitt durch den Kolben gemäß Linie i-i in Abb. i, Abb. q. ein Querschnitt gemäß Linie 2-2 in Abb. i.
  • Bei dem gezeichneten Ausführungsbeispiel steht der Kopf a des aus einer Aluminium-oder Magnesiumlegierung hergestellten Kolbens mit dem Kolbenmantel b lediglich durch die Stege c in Verbindung, welche die Lager rl für den Kolbenbolzen tragen, während Kopf und Mantel in den übrigen Teilen durch die Schlitze f voneinander getrennt sind. Erfindungsgemäß sind in Ringnuten der Mantelfläche des Kolbens, nachdem dieser gegossen bzw. waringepreßt und erkaltet ist, Stahlbänder g und g1 in gegebenenfalls erwärmtem Zustande eingepreßt und hierauf unter Spannung an den Enden z. B. durch elektrische Schweißung oder auf beliebig andere Weise unlösbar verbunden, so daß jeglicher Zwischenraum zwischen den Stahlbändern und dein Leichtmetall des Kolbenmantels vermieden ist und letzterer sich nur zusammen mit den Stahlringen g, g1 und in dem gleichen Maß nach außen dehnen kann. Die über die Dehnung der Stahlbänder g und g1 hinausgehende Wärmedehnung des Kolbenmantels b wird dadurch ausglichen, daß der Kodbeninantel nachgiebig ausgebildet ist. Zu diesem Zweck weist der Kolbenmantel erfindungsgemäß längsgerichtete muldenförmige Vertiefungen e auf, welche bei dem gezeichneten Ausführungsbeispiel an vier Steilen vorgesehen sind und vom offenen Kolbenende am Kolbenbolzenlager d vorbei bis .zu den Schlitzen f, welche den Kopf a vom Mantel b trennen, verlaufen. Die die Vertiefungen e bildenden Wandungen i können sowohl eben als auch gewellt ausgebildet sein. Die Ausdehnung und Zusammenziehung des Kolbenmantels b erfolgt hierbei nicht radial zur Zylinderachse, sondern. in Richtung der Linie 4-4 in Abb. 3 und d, wobei die Wände i der Vertiefungen e ihre Form und Lage entsprechend verändern. Zwischen den Stahlbändern g, g1 sind die Wände i erfindungsgemäß mit schmalen Längsschlitzen h versehen, so daß eine Formveränderung der Wände i durch Wärmeausdehnung nur an den Stellen l stattfindet.
  • Die Stahlbänder g, g, sind nach dem Einpressen in die Ringnuten und der nachträglichen Verbindung ihrer Enden erfindungsgeinä ß auf den gleichen Durchmesser wie der Kolbenmantel b abgedreht. Das untere Stahlband g kann erfindungsgemäß, wie die Zeichnung veranschaulicht, über den offenen Kolbenrand vorragen, um als Zentrierrand bei der Bearbeitung zu dienen, während das obere Stahlband vörzugsweise die Unterkante der den Kolbenkopf vom Kolbenmantel trennenden Schlitze f bildet.
  • Zu beiden Seiten der den Kolbenboden a mit dein Kolbenmantel b verbindenden Stege c sind erfindungsgemäß vorzugsweise sich im Innern des Kolbenmantels über dessen ganze Länge erstreckende Versteifungsrippen h. vorgesehen, welche jeweils von der einen Wandung der muldenförmigen Vertiefung e gebildet werden. Die Beanspruchungen werden hierdurch auf den ganzen Kolben verteilt, so claß örtliche Überanstrengungen und Rißbildungen vermieden werden. Die Rippen dz verhüten ferner das Durchbiegen des Kolbenbodens und gewährleisten ferner eine besonders wirksame Wärmeableitung. und Wärmeverteilung, so daß dieTemperatur des Kolbenbodens a verhältnismüßig niedrig bleibt.

Claims (6)

  1. hATENTAIVSI'RÜCl.lli: i. Leichtmetallkolben mit Stahlringen für Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß in Ringnuten der Lauffläche des nachgiebigen Kolbenmantels Stahlbänder (g, g1) in gegebenenfalls angewärmtem Zustande eingepreßt und hierauf unter Spannung an den Enden z. B. durch Schweißung unlösbar verbunden sind.
  2. 2. Leichtmetallkolben nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenmantel eine oder mehrere längsge-iichtete muldenförmige Vertiefungen (e) mit nachgiebigen Wänden (z) aufweist.
  3. 3. Leichtmetallkolben nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände (i) der Vertiefungen (e) in den zwischen den Stahlbändern (g, g,) liegenden Teilen mit schmalen Längsschlitzen (k) versehen sind.
  4. 4.. Leichtmetallkolben nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlbänder (g, g1) nach dem Einpressen in die Ringnuten und der nachträglichen Verbindung ihrer Enden auf den gleichen Durchinesser wie der Kolbenmantel bearbeitet sind.
  5. 5. Leächtinetallkolben nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Stahlband (g) über den offenen Kolbenrand vorragt, das obere Stahlband (g) die Unterkante der den Kolbenkopf vom Kolbenmantel trennenden Schlitze bildet.
  6. 6. Leichtmetallkolben nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zu beiden Seiten der den Kolbenboden mit dein Kolbenmantel verbindenden Stege (c) sich über die ganze Länge des Kolbenmantels erstreckende, jeweils von der einen Wandung der muldenförin.igen Vertiefungen (e) gebildete Versteifungsrippen (le) vorgesehen sind,
DEK123379D 1931-12-12 1931-12-12 Leichtmetallkolben mit Stahlringen fuer Brennkraftmaschinen Expired DE577388C (de)

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DE (1) DE577388C (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE909163C (de) * 1948-10-02 1954-04-15 Schmidt Gmbh Karl Leichtmetallkolben fuer Brennkraftmaschinen
DE1140023B (de) * 1959-05-13 1962-11-22 Karl Schmidt Ges Mit Beschraen Leichtmetallkolben fuer Brennkraftmaschinen mit Regelgliedern
EP0030399A1 (de) * 1979-12-06 1981-06-17 Karl Schmidt Gmbh Leichtmetallkolben

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE909163C (de) * 1948-10-02 1954-04-15 Schmidt Gmbh Karl Leichtmetallkolben fuer Brennkraftmaschinen
DE1140023B (de) * 1959-05-13 1962-11-22 Karl Schmidt Ges Mit Beschraen Leichtmetallkolben fuer Brennkraftmaschinen mit Regelgliedern
EP0030399A1 (de) * 1979-12-06 1981-06-17 Karl Schmidt Gmbh Leichtmetallkolben

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