DE755235C - Kolben fuer Brennkraftmaschinen mit formgeschliffener Laufflaeche - Google Patents

Description

• Kolben für Brennkraftmaschinen mit formgeschliffener Lauffläche Kolben für Brennkraftmaschinen müssen bekanntlich unter Aufwendung peinlichster Sorgfalt an ihrer Lauffläche mit größter Genauigkeit hergestellt werden. Dies gilt vorzugsweise für Leichtmetallkolben. Insbesondere ist bei der Durchbildung des Schaftes der Beobachtung Rechnung zu tragen, daß er an seiner tragenden Fläche sich während des Betriebes durch die Einwirkung der Wärme und unter dem Einfluß der aufzunehmenden mechanischen, vorzugsweise dynamischen Kräfte stark verformt. Je größer die Belastung ist, desto stärker werden die Verformungen.
• Um ungeachtet dieser Erscheinungen dennoch die Höchstleistung eines 'Motors zu erzieleti, ist es notwendig, den Kolben so auszubilden, daß er allseitig ein bestimmtes Spiel aufweist. Von der Wahl des letzteren hängen auch die Größe des Betriebsstoffverbrauches und die der Lebensdauer ab.
• Gefordert wird, daß der Kolben im betriebswarmen Zustand und bei höchster Belastung mit dem kleinstmöglichen Spiel läuft. Dabei muß das Auftreten von Verklemmungen des Schaftes vermieden werden. Es gelang nicht nur, diese Bedingung zu erfüllen, sondern auch noch zu verhindern, daß im kalten Zustand ein Klappern auftrat, indem dem Schaft eine ovale Form im Querschnitt gegeben wurde.
• Es ist weiterhin bekannt, dieTragfläche des Kolbens durch stufenförmig aneinandergereihte kegelige Flächen zu bilden. Hierdurch ist aber nur eine den jeweiligen Verhältnissen angenähert angepaßte Gestaltung der Tragfläche möglich. Eine gleichmäßige Anlage der ganzen Fläche wird dagegen nicht erreicht. Der Wärmeübergang ist demzufolge mangelhaft. Es entstehen neben nicht tragenden Stellen gleichzeitig Druckstellen, die zum Fressen der Kolben führen.
• Es sind ferner Kolbenausführungen nicht mehr neu, bei welchen der Kolben bei kreisrundem Querschnitt in der Längsrichtung nach Art eines Doppelkegels oder auch kurvenförmig, z. B. ähnlich . einem Faß geschliffen ist. Durch eine solche Formgebung soll ebenfalls das Klappern vermieden werden. Wenn sich auch das Tragbild hierbei gegenüber .der rein zylindrischen Ausbildung des Schaftes verbessert, so reicht doch auch diese Gestaltung. allein nicht aus, um einen gleichmäßigen Wärmeübergang über sämtliche Querschnitte des Schaftes während des Betriebes zu erzielen, ohne dabei Gefahr zu laufen, daß der Kolben insbesondere bei größeren Belastungen klemmt oder gar frißt.
• - Es hat sich herausgestellt, daß bei Kolben mit ovalem O_uerschnitt in der Nähe des Bolzens eine genügende wärmeleitende Anlage mit der Zylinderwand bei den bekannten Ausführungen nicht erzielt werden konnte. Es ist vielmehr beobachtet worden, daß sich in den tiefen Aussparungen, die zwecks Vermeidung eines Anreibens des Kolbens in der Nähe seines Bolzens vorgesehen wurden, während des Betriebes Öl ansammelt, das bei der vorhandenen hohen Temperatur zur Verkokung neigt. Die sich bildenden derartigen Rückstände können ein einwandfreies Arbeiten des :Motors empfindlich stören.
• Um diesen Nachteil zu beheben und das Tragbild weiterhin noch wesentlich zu verbessern, erhält der Kolben erfindungsgemäß nicht nur in der Längsrichtung eine kurvenförmige Gestalt, sondern ist auch im Querschnitt entsprechend den thermischen und mechanischen Beanspruchungen an verschiedenen Stellen längs des ganzen Schaftes und in verschiedener Weise längs und quer zum Kolbenbolzen von der Kreisform abweichend ausgebildet. Die Art der zu wählenden Kurvenform richtet sich nach dem Verwendungszweck des Kolbens und hängt z. B. davon ab, für welche `lotorart und für welche Arbeitsweise der Kolben Anwendung finden soll. Die Schliftorrn ist daher erfahrungsgemäß von Fall zu Fall festzulegen. Für die Querschnittändeninhat es sich in der 12ege@ als zweckmäßig erwiesen, den Schaft in der Richtung des Kolbenbolzens kleiner zii wählen als senkrecht dazu. Die neue (sestaltung des Kolbens lüir-t für einen einwandfreien holheulauf selbst bei I-löchsthelastung. Die Abbildungen stellen Ausführungsbeispiele dar.
• Die Abb. i zeigt den neuen Kolben in Ansicht; die Abb.2 veranschaulicht einen Querschnitt durch denselben in Höhe des Kolbenbolzenlagers; die Abb. 3 bis 5 sind Grundrisse des Kolbens; Abb.6 veranschaulicht ebenfalls einen Querschnitt durch einen Kolben in Höhe des Kolbenbolzenlagers.
• Die Abb. i zeigt den neuen Kolben d in Ansicht, jedoch verzerrt gezeichnet, da der Unterschied zwischen dem oberem und unteren Durchmesser praktisch nur einige Zehntelmillimeter beträgt. Der Verlauf der Schliffkurve, der durch das verzerrte Bild dargestellt wird, ist nicht auf dem ganzen Kolbenumfang gleich.
• In der Abb. 2 bedeutet der mit b bezeichnete Kreis den Grundkreis der Zylinderbohrung, während c den von der Kreisform abweichenden Grundkreis des Kolbenschaftes darstellt. Kleiner als der letztere ist der äußere Schaftkreis d des in die Höhe des Bolzenlagers gelegten Querschnitts. Der größte Durchmesser des letzteren ist der senkrecht zur Längsachse des Bolzens. Es ist hier eine Kolbenausführung gezeigt, bei der sich die besten Laufergebnisse mit ovalem Schaft erzielen lassen. Der kleinere Durchmesser liegt parallel zum Bolzen.
• In der Abb. 3 ist b wieder der Grundkreis der Zylinderbohrung, c der des. Kolbenschaftes, dessen kleinster Durchmesser ebenso wie der Durchmesser eines Kreises e, der in irgendeiner Höhe dem Ringteil angehört, in Richtung der Bolzenlängsachse verläuft. Der mit f bezeichnete Kreis entspricht dem Kopfkreis des Kolbens. . Dieser ist in derselben Richtung oval wie der Kolbenschaft. Der kleinste Durchmesser liegt an dieser Stelle ebenfalls parallel zum Kolbenbolzen.
• Abb. 4 zeigt eine weitere Möglichkeit in der Durchbildung des Kolbenschaftes. Der Kopfkreis ist ebenfalls mit f bezeichnet, aber konzentrisch zu b ausgeführt. Der Kolbenmantel ist so ausgebildet, da,ß er von der oberen Kante aus nach unten hin immer stärker oval wird, so daß er an der Unterkante seine größte Ovalität erreicht.
• In Abb.5 wird unter b wiederum der Grundkreis der Zylinderbohrung verstanden. Der mit c bezeichnete Kreis bedeutet den Grundkreis des Schaftes an seiner Üffnung. Sein größter Durchmesser verläuft quer zur Längsrichtung des Bolzenlagers, während der Kolbenschaft in Höhe des Bolzenlagers selbst konzentrisch rund ist, wie dies der Kreis c1 veranschaulicht. Die wieder mit f bezeichnete Schaftoberikante isst jedoch entgegengesetzt oval wie c ausgeführt. Der größte Durchmesser liegt parallel zum Bolzen. Die Mantelfläche ist so ausgebildet, daß auch hier ein allmählicher Übergang der im rechten Winkel zueinander stehenden beiden größten Durchmesser ännerhalb der Lauffläche erfolgt.
• Die Abb. 6 zeigt einen Querschnitt durch einen Kolben entsprechend der Abb. 2, jedoch mit dem Unterschied, daß der Schaft nicht oval, sondern urrund so ausgebildet ist, daß der Mantel des Kolbens aus mehreren konzentrisch geschliffenen Teilen besteht, die untereinander durch sehnenförmige oder gewölbte Flächen verbunden sind. Der Grundkreis der Zylinderbohrung trägt das Bezugszeichen b. Der Grundkreis des Schaftes an seiner Öffnung ist mit c angegeben. Während der Schaftkreis d in Höhe des Bolzenlagens in der Darstellung nachAbb. 2 ovale Gestalt besitzt, setzt sich der entsprechende nach Abb. 6 aus Kreisbogenstücken g und h und aus Sehnen i und k zusammen.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Kolben für Brennkraftmaschinen mit formgeschliffener Lauffläche, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Lauffläche in. der Längsrichtung kurvenförmig gestaltet ist als' auch im Querschnitt entsprechend den thermischen und mechanischen Beanspruchungen eine von der Kreisform abweichende Ausbildung an verschiedenen Stellen längs des ganzen Kolbens und in verschiedener Weise längs und quer zum Kolbenbolzen aufweist.
2. 2. Kolben nach Anspruch i,gekennzeichnet durch einen den thermischen Verhältnissen entsprechenden urrunden Schliff des Schaftes derart. daß der größteDurchmesser am Kolbenboden parallel zum Bolzen verläuft, während der Schaft selbst am offenen Ende seinen größten Durchmesser im rechten Winkel dazu hat, wobei ein allmählicher Übergang erfolgt.
3. 3. Kolben nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft in der Höhe des Bolzenlagers teils aus konzentrischen, kreisbogenartigen Teilen (g, h), teils aus [sehnenartigen (i, k) oder von der Richtung einer Sehne schwach abweichenden Wölbungen besteht. Zur Abgrenzungsdes Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: Deutsche Patentschriften Nr. 665 486, 36o 2:27; USA.-Patentschrift Nr. I 52q.715; K r ü g e r : Leichtmetallkolben. für Fahrzeugmotoren, Berlin 1937, S. 42; Jahrbuch der deutschen Luftfahrtforschung, 1937 Teil II, S. 1o2, Abb. io.