EP0327595B1 - Einteiliger, leichter und reibungsarmer leichtmetallkolben für verbrennungsmotoren - Google Patents

Einteiliger, leichter und reibungsarmer leichtmetallkolben für verbrennungsmotoren Download PDF

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EP0327595B1
EP0327595B1 EP88900342A EP88900342A EP0327595B1 EP 0327595 B1 EP0327595 B1 EP 0327595B1 EP 88900342 A EP88900342 A EP 88900342A EP 88900342 A EP88900342 A EP 88900342A EP 0327595 B1 EP0327595 B1 EP 0327595B1
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EP
European Patent Office
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piston
equal
area
height
ring
Prior art date
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EP88900342A
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Horst Pfeiffenberger
Emil Ripberger
Jürgen Ellermann
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Mahle GmbH
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Publication date
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    • F02F3/08—Pistons  having means for accommodating or controlling heat expansion having expansion-controlling inserts the inserts being ring-shaped
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    • F05C2251/00—Material properties
    • F05C2251/04—Thermal properties
    • F05C2251/042—Expansivity

Definitions

  • the invention relates to a light metal piston according to the preamble of patent claim 1.
  • the object of the invention is to significantly reduce the running noise in the aforementioned known light and low-friction pistons, each with extremely short shaft lengths, in particular in the start-up and part-load range.
  • the ring inserts in the piston head proposed in claims 19-21 differ from similar inserts described in EP-A 0 210 649 particularly in that they do not, as in that prior art, in the top land area above the ring grooves, but only in the radial area are arranged within the ring grooves. As a result, they can act directly on the area of the ring webs on which the tightest possible running play should be predeterminable, even when cold, by restricting the thermal expansion.
  • the ring webs between the piston ring grooves 2, 3, 4 and the shaft area F in the case of a piston that is warm from engine operation have approximately the same running clearance with respect to the cylinder raceway.
  • the exact course of the piston outer surface is shown in Fig. 4.
  • the values relate to a particularly advantageous embodiment of the piston shown in FIGS. 1-3 for use in a cast iron cylinder.
  • the piston outer shape in the pressure-counter pressure direction (DR-GDR) is particularly important, to which the running cycles specified in the claims are based.
  • the piston When the engine is warm, the piston simultaneously slides in the area F and on the first and second ring land on the cylinder barrel, i.e. the piston is guided in these areas.
  • This piston guidance which takes place in two axially separated areas, is extremely important for a low-noise piston run. Because in order to achieve low-noise running, the piston must be guided in an axially sufficiently high area in such a way that piston tilting triggered by the connecting rod deflection can be largely avoided. In the case of flat pistons with correspondingly low stem heights, this requirement usually presents an unsolvable problem.
  • the invention remedies that the ring lands are used for piston guidance. This takes place in that the cold play there, in contrast to the previously known prior art, is designed such that the warm play there corresponds approximately to that warm play in the area F.
  • the shaft areas lying above and below the piston run area F are tapered back to the extent shown in FIG. 4 in order to bring about a hydrodynamic floating of the piston shaft in these areas.
  • the piston outer shape is entered in the pressure-counter pressure direction and in the pin direction.
  • the areas in between of the outer piston shape continuously merge into the dimensions of those two main directions.
  • a further improvement is brought about by the introduction of a strip-shaped insert in the form of either a closed steel ring 9 or a pair of ring segment insert 10 in the piston head in the region radially behind the ring grooves 2, 3, 4.
  • a strip-shaped insert in the form of either a closed steel ring 9 or a pair of ring segment insert 10 in the piston head in the region radially behind the ring grooves 2, 3, 4.
  • the insert or inserts 9, 10 is or are essentially limited to the area below the top land area. In the direction of the shaft end, the inserts 9, 10 can each protrude from the piston crown material. This is useful, because in this way the inserts can be fixed relatively easily in the mold used to manufacture the piston.
  • FIG. 6 shows a different course of the ring 9 in the area of the hubs 6 of the piston.
  • the ring 9 runs within the hubs 6 in the vicinity of the outer circumference, while in FIG. 6b it runs straight through the hub area in a radially inner area in a chord-like manner.
  • ring segments 10 are introduced into the piston head regions lying between the hubs 6, these ring segments 10 reaching into the hubs 6 in each case.
  • the ring segments 10 are also connected in one piece to the shaft inserts 7.
  • the thermal expansion-inhibiting effect of the inserts 9, 10 is based essentially on the fact that the piston base material lying radially on the outside of the inserts shrinks onto the inserts during the production of the piston, for example when it is cast, when the piston material cools down.
  • the shrinkage stress must first be reduced before an actual expansion can take place.
  • a spacing of the inserts 9, 10 from the piston crown surface is necessary in order to allow the heat to flow from the piston crown to the piston rings.
  • the radial slot between the piston head and the shaft is favorable for low shaft clearances.
  • a cold clearance of 1.5 per mille and on the upper ring land can be made in the piston head on the lower ring land (below the ring groove 3) achieve that of 2.2 per thousand based on the diameter of the piston.
  • the top land of the piston head is not used to guide the piston.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Leichtmetallkolben nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Ausführungen für leichte und reibungsarme Kolben sind z.B. u.a. aus DE 34 30 25B A1, DE 34 46 121 A1 und EP 0171 568 A3 bekannt. Unbefriedigend bei diesen Kolben ist in der Regel deren Geräuschverhalten. Durch die dort verwirklichten bzw. in EP 0 171 568 A3 lediglich als im Extremfall möglich angegebenen extrem kurzen Schaftlängen kann der Kolben nicht so genau geführt werden, daß ein Kolbenkippen verbunden mit einem Anstoßen des Kolbenkopfes an die Zylinderlaufbahn in allen Betriebszuständen sicher vermieden werden kann. Ein Anstoßen des Kolbenkopfes an die Zylinderlaufbahn führt wiederum zu unerwünscht hohen Kolbenlaufgeräuschen. Dies gilt insbesondere für einen Motorbetrieb im Anfahr- und Teillastzustand, in dem das Schaftspiel wegen der bei diesen Betriebszuständen niedrigen Schafttemperaturen noch nicht seinen im Motorlastbetrieb niedrigeren Wert erreicht hat. Der im Lastbetrieb niedrigere Wert ergibt sich aus der wärmebedingten Ausdehnung des Schaftmaterials, wobei die Ausdehnung in Druck-Gegendruckrichtung des Kolbens durch dehnungsregelnde Einlegestreifen noch zusätzlich reduziert werden kann.
  • Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei den vorgenannten bekannten leichten und reibungsarmen Kolben mit jeweils extrem kurzen Schaftlängen das Laufgeräusch und zwar insbesondere im Anfahr- und Teillastbereich deutlich zu verringern.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Kolben mit der Form und den Abmessungen nach den kennzeichnenden Merkmalen der Patentansprüche 1 oder 14. Die Kolben nach diesen beiden Ansprüchen unterscheiden sich dadurch, daß der Kolben nach Anspruch 1 in einem Motorzylinder aus Eisen- und der Kolben nach Anspruch 14 in einem Zylinder aus Leichtmetall läuft. Dadurch ergeben sich für diese Kolben die beanspruchten unterschiedlichen Laufspiele.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Aus DE-AS 10 78 387 ist es zwar bereits bekannt, außer am Schaft auch an den Stegen zwischen den im Kolbenkopfbereich angeordneten Kolbenringnuten ein enges Spiel gegenüber der Zylinderlauffläche einzustellen. Jene Kolben sind allerdings in erster Linie für schlitzgesteuerte Zweitaktmotoren bestimmt, bei denen das enge Laufspiel an den Ringnutenstegen zur exakten Steuerung der Gasspülschlitze in der Zylinderlaufbahn benötigt wird. Bei relativ langen Kolben, wie sie in jener Schrift allein beschrieben sind, führt ein enges Laufspiel im Kolbenkopfbereich jedoch dazu, daß das Laufspiel nicht gleichzeitig auch im Schaftbereich extrem gering sein kann. Denn eine so genaue Fertigung der Kolben ist auf eine große Länge des Kolbens praktisch nicht möglich, so daß ein durchgehend extrem enges Laufspiel über die gesamte Höhe eines langen Kolbens diesen innerhalb des Motorzylinders statisch überbestimmen würde. Dies hätte zur Folge, daß der Kolben nicht lauffähig wäre. Zu berücksichtigen ist dabei auch ein teilweise unsymmetrisches radiales Ausdehnen des Kolbens über dessen Höhe, was bei langen Kolben ebenfalls ein Verklemmen innerhalb des Motorzylinders bewirken kann. Jener bekannte Kolben ist zur Lösung des erfindungsgemäßen Problems, einen kurzen, leichten und dennoch geräuscharm laufenden Kolben zu schaffen, daher in keiner Weise geeignet und zwar auch nicht bei erheblichen Modifikationen seiner gezeigten Abmessungen.
  • Die in den Ansprüchen 19-21 vorgeschlagenen Ringeinlagen in dem Kolbenkopf unterscheiden sich von ähnlichen in der EP-A 0 210 649 beschriebenen Einlagen besonders dadurch, daß sie nicht wie in jenem vorbekannten Stand der Technik im Feuerstegbereich oberhalb der Ringnuten, sondern ausschließlich im Bereich radial innerhalb der Ringnuten angeordnet sind. Dadurch können sie direkt auf den Bereich der Ringstege einwirken, an denen durch Einschränkung der Wärmeausdehnung bereits im Kaltzustand ein möglichst enges Laufspiel vorgebbar sein soll.
  • Eine nähere Erläuterung der Erfindung und der damit erzielbaren Vorteile erfolgt anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele.
  • Es zeigen
    • Fig. 1 einen Kolben in einer Längshälfte im Schnitt nach Linie I-I und in der anderen Hälfte in Ansicht in Richtung der Pfeile I-I
    • Fig. 2 einen Schnitt durch den Kolben nach Linie 11-11
    • Fig. 3 den Kolben in einer Längshälfte im Schnitt nach Linie 111-111 und in der anderen Hälfte in Richtung der Pfeile III-III
    • Fig. 4 das Kaltspiel S zwischen Außenform des Kolbens und Zylinderlauffläche in Druck-Gegendruckrichtung DR-GDR und in Bolzenrichtung BR
    • Fig. 5a, b Längsschnitte durch je eine Kolbenhälfte mit einer Ringeinlage im Kolbenkopf
    • Fig. 6a, b einen Schnitt durch den Kolbenkopf nach den Pfeilen VI-VI in Fig. 5
    • Fig. 7 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Kolbens mit einer Ringeinlage im Kolbenkopf im Bereich radial innerhalb der Kolbenringnuten
    • Fig. 8a, b einen Längsschnitt durch zwei alternative Kolbenausführungen mit einer umfangsmäßig geteilten Ringeinlage im Kolbenkopf und einer umfangsmäßig ebenfalls geteilten dehnungsregelnden Einlage im Schaft, wobei beide Einlagen jeweils einstückig miteinander verbunden sind
    • Fig. 9 einen Schnitt durch den Kolbenkopf nach Linie IX-IX in Fig. 8
    • Fig. 10 einen Schnitt durch den Kolbenschaft nach Linie X-X in Fig. 8
    • Der Kolben besteht aus einer Aluminium-Silizium-Legierung. In seinem Kopfteil sind Ringnuten 2 und 3 für Kompressionsringe und eine darunterliegende Ringnut 4 zur Aufnahme eines Ölabstreifringes vorgesehen.
  • Die für die Erfindung wesentlichen in der Zeichnung, insbesondere in Fig. 4 eigetragenen Kolbenabmessungen sind wie folgt definiert:
    • L = (0,45-0,65 D
    • H = (0,25-0,4) D
    • A = (0,3-0,4) D
    • A größer gleich B
    • T = (0,45-0,8) D
    • C größer gleich 0,1 A
    • E größer gleich 0,1 A
    • F größer gleich 0,25 A kleiner gleich 0,75 A mit
    • L = maximale Länge des Kolbens
    • D = maximaler Durchmesser des Kolbens H = Kompressionshöhe
    • A = mittlere Schafthöhe unterhalb der untersten Ringnut in einem Umfangsbereich mit etwa gleicher Schafthöhe von mindestens 45 Grad auf jeder der beiden Tragseiten des Kolbens (Umfangsbereich zwischen den Kolbennaben 6)
    • B = maximale Schafthöhe außerhalb der Schaftbereiche mit der Höhe A (In der Zeichnung nicht dargestellt, da Schaft über gesamten Umfang gleiche Höhe besitzt)
    • T = Diametraler gegenseitiger Abstand der radial außen liegenden Nabenbohrungsenden
    • C = axialer Höhenbereich am oberen Schaftende in dem die Höhe A aufweisenden Schaftbereich, der zumindest in einem in Druck-Gegendruckrichtung (DR-GDR) liegenden Schaftbereich zur Ausbildung eines hydrodynamischen Schmierfilmkeiles radial konusartig eingezogen ist
    • E = axialer Bereich am unteren Schaftende in dem die Höhe A aufweisenden Schaftbereich, der zumindest in einem in Druck-Gegendruckrichtung (DR-GDR) liegenden Schaftbereich zur Ausbildung eines hydrodynamischen Schmierfilmkeiles radial konusartig eingezogen ist
    • F = axiale Höhe eines in dem die Höhe A aufweisenden Schaftbereich zwischen den durch die Höhen C und E definierten Schaftbereichen zumindest in Druck-Gegendruckrichtung (DR-GDR) liegenden Bereiches.
  • Ferner weisen die Ringstege zwischen den Kolbenringnuten 2, 3, 4 und der Schaftbereich F bei motorbetriebswarmem Kolben in etwa das gleiche Laufspiel gegenüber der Zylinderlaufbahn aus.
  • Im Inneren des Schaftes 5 sind zwischen den Naben 6 in Umfangsrichtung als dehnungsregelnde Einlagen 7 Stahlstreifen eingeformt. Der Schaft 5 ist durch radiale Querschlitze 8 im Bereiche zwischen den Naben 6 von dem Kolbenkopf getrennt.
  • Bis auf den Feuerstegbereich ist der zylindrischen Grundform des Kolbens eine Ovalität überlagert, deren große Achse in Druck-Gegendruckrichtung (DR-GDR in Fig. 2) und deren kleine Achse in Bolzenrichtung liegt.
  • Der genaue Verlauf der Kolbenaußenfläche ist in Fig. 4 wiedergegeben. Der in dieser Figur eingetragene Kolbenumriß mit den dazu angegebenen Bereichsangaben A = 30 mm, C = 10,5 mm, E = 6,5 mm, F = 13 mm, H = 30 mm und L = 49 mm ist maßstabsgetreu gezeichnet. Der Durchmesser D = 86 mm und T = 63 mm. Dabei beziehen sich die Werte auf eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des in den Fig. 1-3 dargestellten für einen Einsatz in einem Graugußzylinder bestimmten Kolbens. In bezug auf die Erfindung kommt es insbesondere auf die Kolbenaußenform in Druck-Gegendruckrichtung (DR-GDR) an, auf die die in den Ansprüchen angegebenen Laufspiele abgestellt sind.
  • Bei warmem Motor gleitet der Kolben gleichzeitig in dem Bereich F sowie an dem ersten und zweiten Ringsteg an der Zylinderlaufbahn, d.h. der Kolben erhält in diesen Bereichen seine Führung. Diese in zwei axial auseinanderliegenden Bereichen erfolgende Kolbenführung ist für einen geräuscharmen Kolbenlauf äußerst wichtig. Denn zur Erzielung eines geräuscharmen Laufes muß der Kolben in einem axial ausreichend hohen Bereich so geführt sein, daß ein durch die Pleuelauslenkung ausgelöstes Kolbenkippen weitestgehend vermieden werden kann. Bei flachen Kolben mit entsprechend niedrigen Schafthöhen bereitet diese Forderung meist ein unlösbares Problem. Hier schafft die Erfindung dadurch Abhilfe daß die Ringstege zur Kolbenführung mit herangezogen werden. Diese geschieht dadurch, daß das Kaltspiel dort im Gegensatz zu dem bisher bekannten Stand der Technik so ausgelegt wird, daß das Warmspiel dort etwa demjenigen Warmspiel im Bereich F entspricht.
  • Zur weiteren Förderung eines geräuscharmen Kolbenlaufes werden die über und unter dem Kolbenlaufbereich F liegenden Schaftbereiche in dem in der Fig. 4 eingetragenen Maße konisch zurückgenommen, um in diesen Bereichen ein hydrodynamisches Aufschwimmen des Kolbenschaftes zu bewirken.
  • In der Fig. 4 ist jeweils die Kolbenaußenform in Druck-Gegendruckrichtung sowie in Bolzenrichtung eingetragen. Die dazwischenliegenden Bereiche der Kolbenaußenform gehen jeweils stetig in die Maße jener beiden Hauptrichtungen über.
  • Eine weitere Verbesserung bewirkt das Einbringen einer streifenförmigen Einlage in Form entweder eines geschlossenen Stahlringes 9 oder eines Paares einer Ringsegmenteinlage 10 in den Kolbenkopf im Bereich radial hinter den Ringnuten 2, 3, 4. Bei Verwendung des Paares ringsegmentartiger Einlagen 10 ist jeweils ein Teil dieses Paares in den Kolbentragseiten zwischen den Naben in die Naben einlaufend angeorndet.
  • Durch diese Einlagen in geschlossener oder segmentartiger Form wird die Ausdehnung in dem Bereich der Kolbenringstege bei Kolbenerwärmung erheblich vermindert. Die Einlage bzw. Einlagen 9, 10 ist bzw. sind im wesentlichen auf den Bereich unterhalb des Feuerstegbereiches beschränkt. In Richtung Schaftende können die Einlagen 9, 10 jeweils aus dem Kolbenbodenmaterial herausragen. Zweckmäßig ist dies deshalb, weil die Einlagen auf diese Weise relativ einfach in der für die Herstellung des Kolbens benutzten Gießform fixiert werden können.
  • In Fig. 5-7 sind verschiedene Versionen der Lage eines in dem Kopfteil des Kolbens eingebrachten geschlossenen Ringes 9 dargestellt, bei denen der Ring 9 radial innen mehr oder weniger freigelegt ist. Fig. 6 zeigt einen unterschiedlichen Verlauf des Ringes 9 im Bereich der Naben 6 des Kolbens. Bei der Alternative nach Fig. 6a verläuft der Ring 9 innerhalb der Naben 6 in der Nähe des Außenumfanges, während er bei Fig. 6b den Nabenbereich in einem radial weiter innen liegenden Bereich geradlinig sehnenartig durchläuft.
  • Bei den Ausführungsarten nach Fig. 8 sind anstelle eines geschlossenen Ringes 9 jeweils Ringsegmente 10 in die zwischen den Naben 6 liegenden Kolbenkopfbereiche eingebracht, wobei diese Ringsegmente 10 bis jeweils in die Naben 6 hineinreichen. Die Ringsegmente 10 sind darüberhinaus einteilig mit den Schafteinlagen 7 verbunden.
  • Die Ausführungen nach Fig. 8a und b unterscheiden sich lediglich dadurch, daß bei dem Kolben nach Fig. 8b Kolbenkopf und -schaft durch einen radialen Schlitz 8 voneinander getrennt sind.
  • Die wärmeausdehnungshemmende Wirkung der Einlagen 9, 10 beruht im wesentlichen darauf, daß das radial außen auf den Einlagen anliegende Kolbengrundmaterial bei der Herstellung des Kolbens, beispielsweise wenn dieser gegossen wird, beim Abkühlen des Kolbenmaterials auf die Einlagen aufschrumpft. Bei Wiedererwärmung des Kolbenmaterials muß dann zunächst einmal die Schrumpfspannung abgebaut werden, bevor eine tatsächliche Ausdehnung erfolgen kann.
  • Ein Abstand der Einlagen 9, 10 von der Kolbenbodenoberfläche ist notwendig, um die Wärme von dem Kolbenboden zu den Kolbenringen fließen lassen zu können.
  • Der radiale Schlitz zwischen Kolbenkopf und Schaft ist günstig für niedrige Schaftspiele.
  • Mit dem in Fig. 7 gezeigten relativ weit in Richtung des Kolbenschaftes verlaufenden Ring 9 wird gleichzeitig noch eine Regelwirkung auf den Schaft ausgeübt.
  • Mit den Einlagen 9, 10 entsprechend den Ausführungen in den Fig. 5-10 läßt sich in dem Kolbenkopf an dem unteren Ringsteg (unterhalb der Ringnut 3) ein Kaltspiel von 1,5 Promille und am oberen Ringsteg (zwischen Ringnut 1 und 2) ein solches von 2,2 Promille jeweils bezogen auf den Durchmesser des Kolbens erzielen. Der Feuersteg des Kolbenkopfes wird jeweils nicht mit zur Kolbenführung herangezogen.

Claims (22)

1. Einteiliger, leichter und reibungsarmer Leichtmetallkolben in einem Zylinder eines Verbrennungsmotors, bei dem die Kolbenringnuten ausschließlich oberhalb der Nabenbohrungen angeordnet sind, bei dem
a) H = (0,25-0,4) D
b) A größer gleich B
c) T = (0,45-0,8) D
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
d) L = (0,45-0,65) D
e) A = (0,3-0,4) D
f) C größer gleich 0,1 A
g) E größer gleich 0,1 A
h) F größer gleich 0,25 A und kleiner als 0,75 A
i) die mit der Lauffläche des Zylinders des Verbrennungsmotors direkt oder über den Schmierfilm indirekt in Wirkverbindung stehenden Kolbenaußenflächen liegen auf einer zylindrischen mit Ovalitäts-uberlagerung versehenen Oberfläche wobei sich die größere Ovalitätsachse in Druck-Gegendruckrichtung (DR-GDR) und die kleine Ovalitätsachse sich in Bolzenrichtung erstrecken,
j) das Kaltspiel bei einem die Gegenlauffläche bildenden Zylindermaterial aus Eisen liegt in dem an die Druck-Gegendruckrichtung angrenzenden Teil des tragenden Schaftbereiches F bei Werten zwischen etwa (0,0001-0,0006) D, wenn an den zwischen den Bolzennaben (6) liegenden Schaftinnenflächen dehnungsregelnde streifenförmige Metalleinlagen (7) angreifen, die die Schaftausdehnung in Druck-Gegendruckrichtung bei sich erwärmendem Kolben behindern bzw. zwischen etwa (0,0004-0,001) D, wenn solche Dehnungsstreifen nicht vorhanden sind,
k) die Laufspiele an den Ringstegen (zwischen den Ringnuten (2,3,4)) und in dem Schaftbereich F mit dem geringsten Laufspiel gegenüber der Zylinderlauffläche bei motorbetriebswarmem Kolben weichen maximal um das fünffache voneinander ab, um dem Kolben eine gleichzeitige Führung an den Ringstegen und im Bereich F des Schaftes zu geben. mit
L = maximale Länge des Kolbens
D = maximaler Durchmesser des Kolbens
H = Kompressionshöhe
A = mittlere Schafthöhe unterhalb der untersten Ringnut in einem Umfangsbereich mit etwa gleicher Schafthöhe von mindestens 45 Grad auf jeder der beiden Tragseiten des Kolbens (Umfangsbereich zwischen den Kolbenaben (6))
B = maximale Schafthöhe außerhalb der Schaftbereiche mit der Höhe A
T = diametraler gegenseitiger Abstand der radial außen liegenden Nabenbohrungsenden
C = axialer Höhenbereich am oberen Schaftende in dem die Höhe A aufweisenden Schaftbereich, der zumindest in einem in Druck-Gegendruckrichtung (DR-GDR) liegenden Schaftbereich zur Ausbildung eines hydrodynamischen Schmierfimlkeiles radial konusartig eingezogen ist
E = axialer Bereich am unteren Schaftende in dem die Höhe A aufweisenden Schaftbereich, der zumindest in einem in Druck-Gegendruckrichtung (DR-GDR) liegenden Schaftbereich zur Ausbildung eines hydrodynamischen Schmierfilmkeiles radial konusartig eingezogen ist
F = axiale Höhe eines in dem die Höhe A aufweisenden Schaftbereich zwischen den durch die Höhen C und E definierten Schaftbereichen zumindest in Druck-Gegendruckrichtung (DR-GDR) liegenden Bereiches.
2. Kolben nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Merkmale:
a) L = (0,5-0,6) D
b) H = (0,25-0,36) D
c) A = (0,32 0,38) D
3. Kolben nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Merkmale:
a) C größer gleich 0,12 A
b) E größer gleich 0,12 A
4. Kolben nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Merkmale:
a) C größer gleich 0,15 A
b) E größer gleich 0,15 A
c) F größer gleich 0,25 A kleiner gleich 0,65 A
5. Kolben nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Merkmale:
a) C größer gleich 0,18 A
b) E größer gleich 0,18 A
c) F größer gleich 0,25 A kleiner gleich 0,6 A
6. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufspiele an den Ringstegen (zwischen den Ringnuten (2,3,4)) und in dem Schaftbereich mit dem geringsten Laufspiel gegenüber der Zylinderlauffläche bei motorbetriebswarmem Kolben maximal um das vierfache voneinander abweichen.
7. Kolben nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufspiele um maximal das dreifache voneinander abweichen.
8. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (5) des Kolbens am unteren Ende eine geschlossene zylindrische Außenform aufweist, bei der das Kaltspiel axial und umfangsmäßig variiert, jedoch an keiner Stelle einen Wert von etwa 0,01 D übersteigt.
9. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (5) unterhalb der untersten Ringnut in seinen zwischen den Bolzennaben (6) liegenden Umfangsbereichen radial geschlitzt ist.
10. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dieser mit Ringnuten (2, 3, 4) zur Aufnahme zweier Kompressionsringe und eines Abstreifringes versehen ist.
11. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem radial hinter den Ringnuten (2, 3, 4) zwischen den Naben (6) liegenden Bereich des Kopfteiles in Umfangsrichtung streifenförmige Einlagen (9, 10) aus einem Material mit gegenüber dem Kolbengrundmaterial geringerem Wärmeausdehnungskoeffizienten eingebracht sind.
12. Kolben nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die streifenförmigen Einlagen (9, 10) ein geschlossener Ring (9) sind.
13. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlagen (9, 10) Abstand von der Kolbenbodenoberfläche besitzen.
14. Einteiliger, leichter und reibungsarmer Leichtmetallkolben in einem Zylinder eines Verbrennungsmotors, bei dem die Kolbenringnuten ausschließlich oberhalb der Nabenbohrungen angeordnet sind, bei dem
a) H = (0,25-0,4) D
b) A größer gleich B
c) T = (0,45-0,8) D
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
d) L = (0,45-0,65) D
e) A = (0,3-0,4) D
f) C größer gleich 0,1 A
g) E größer gleich 0,1 A
h) F größer gleich 0,25 A und kleiner als 0,75 A
i) die mit der Lauffläche des Zylinders des Verbrennungsmotors direkt oder über den Schmierfilm indirekt in Wirkverbindung stehenden Kolbenaußenflächen liegen auf einer zylindrischen mit Ovalitätsüberlagerung versehenen Oberfläche, wobei sich die größere Ovalitätsachse in Druck-Gegendruckrichtung (DR-GDR) und die kleine Ovalitätsachse sich in Bolzenrichtung erstrecken,
j) das Kaltspiel bei einem die Gegenlauffläche bildenden Zylindermaterial aus Leichtmetall liegt in dem an die Druck-Gegendruckrichtung angrenzenden Teil des tragenden Schaftbereiches F bei Werten zwischen etwa (0-0,0004) D, wenn an den zwischen den Bolzennaben (6) liegenden Schaftinnenflächen dehnungsregelnde streifenförmige Metalleinlagen (7) angreifen, die die Schaftausdehnung in Druck-Gegendruckrichtung bei sich erwärmendem Kolben behindern bzw. zwischen etwa (0,0001-0,0005) D, wenn solche Dehnungsstreifen nicht vorhanden sind,
k) die Laufspiele an den Ringstegen (zwischen den Ringnuten (2,3,4)) und in dem Schaftbereich F mit dem geringsten Laufspiel gegenüber der Zylinderlauffläche bei motorbetriebswarmem Kolben weichen maximal um das fünffache voneinander ab, um dem Kolben eine gleichzeitige Führung an den Ringstegen und im Bereich F des Schaftes zu geben. mit
L = maximale Länge des Kolbens
D = maximaler Durchmesser des Kolbens
H = Kompressionshöhe
A = mittlere Schafthöhe unterhalb der untersten Ringnut in einem Umfangsbereich mit etwa gleicher Schafthöhe von mindestens 45 Grad auf jeder der beiden Tragseiten des Kolbens (Umfangsbereich zwischen den Kolbennaben (6))
B = maximale Schafthöhe außerhalb der Schaftbereiche mit der Höhe A
T = diametraler gegenseitiger Abstand der radial außen liegenden Nabenbohrungsenden
C = axialer Höhenbereich am oberen Schaftende in dem die Höhe A aufweisenden Schaftbereich, der zumindest in einem in Druck-Gegendruckrichtung (DR-GDR) liegenden Schaftbereich zur Ausbildung eines hydrodynamischen Schmierfilmkeiles radial konusartig eingezogen ist
E = axialer Bereich am unteren Schaftende in dem die Höhe A aufweisenden Schaftbereich, der zumindest in einem in Druck-Gegendruckrichtung (DR-GDR) liegenden Schaftbereiche zur Ausbildung eines hydrodynamischen Schmierfilmkeiles radial konusartig eingezogen ist
F = axiale Höhe eines in dem die Höhe A aufweisenden Schaftbereich zwischen dem durch die Höhen C und E definierten Schaftbereichen zumindest in Druck-Gegendruckrichtung (DR-GDR) liegenden Bereiches.
15. Kolben nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufspiele um maximal das dreifache voneinander abweichen.
16. Kolben nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (5) des Kolbens am unteren Ende eine geschlossene zylindrische Außengrundform aufweist, bei der das Kaltspiel axial und umfangsmäßig variiert, jedoch an keiner Stelle einen Wert von etwa 0,01 D übersteigt.
17. Kolben nach einem der Ansprüche 14-16, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (5) unterhalb der untersten Ringnut in seinen zwischen den Bolzennaben (6) liegenden Umfangsbereichen radial geschlitzt ist.
18. Kolben nach einem der Ansprüche 14-17, dadurch gekennzeichnet, daß er mit Ringnuten (2, 3,4) zurAufnahme zweier Kompressionsringe und eines Ölabstreifringes wersehen ist.
19. Kolben nach einem der Ansprüche 14-18, dadurch gekennzeichnet, daß in dem radial hinter den Ringnuten (2, 3, 4) zwischen den Naben (6) liegenden Bereich des Kopfteiles in Umfangsrichtung streifenförmige Einlagen (9, 10) aus einem Material mit gegenüber dem Kolbengrundmaterial geringerem Wärmeausdehnungskoeffizienten eingebracht sind.
20. Kolben nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die streifenförmigen Einlagen (9, 10) ein geschlossener Ring (9) sind.
21. Kolben nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlagen (9, 10) Abstand von der Kolbenbodenoberfläche besitzen.
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