Brennkraftmaschinenkolben. Beim Einlaufen von neuen Kolben in Zylindern von Brennkraftmaschinen wie auch in Fällen aussergewöhnlicher Betriebs umstände und Beanspruchungen ergibt sich oftmals der Nachteil des Kolbenfressens, dessen Behebung eine wichtige Aufgabe der Kolbentechnik ist.
Neue Kolben, die mit geringstem Spiel eingepasst sind, können sich bei Höchstdreh zahlen des Motors im Zylinder klemmend festsetzen, aber auch eingelaufene Kolben arbeiten bei Ölmangel oder bei zu kaltem bezw. bei kochendem Kühlwasser unter un günstigen und zum Kolbenfressen führenden Reibungsverhältnissen.
Besonders nachteilig ist die Auswirkung des Festsitzens der Kolben, wenn diese aus Schwermetall, z. B. Grauguss, bestehen, weil der harte Werkstoff ähnlich einem Werk zeug die Zylinderwandung bearbeitet und derartige Riefen erzeugt, dass ein Wiederan- fahren des Motors infolge des festgefressenen Kolbens unmöglich ist. Um hier Abhilfe zu schaffen, wurde vorgeschlagen, Hartmetall kolben mit einem Überzug aus einem rei bungsmindernden, verdrückbaren Weichmetall zu versehen.
Bei Leichtmetallkolben liegen hingegen wesentlich andere Betriebsverhältnisse vor, die sich daraus ergeben, dass Leichtmetall neben einem andern Ausdehnungskoeffizien- ten auch andere Eigenschaften des Oberflä chengefüges gegenüber Schwermetall, bei spielsweise Grauguss, aufweist.
Auch hier entsteht bei Überbeanspruchung und ungün stigen Umständen die Gefahr des Festfres- sens, der man aber beispielsweise durch be sondere Auswahl der Legierungen, durch Ovalschliff, durch Verwendung bimetalli- scher Einlagen oder gegebenenfalls durch Zusammenfassung mehrerer solcher Massnah men begegnet.
Wenn trotzdem ein Kolben klemmen eintritt, so sind die Folgen weniger unangenehm als bei Graugusskolben, so dass der Motor in der Regel nach kurzer Zeit wieder in Gang gesetzt werden kann. 1Tun ist. der einwandfreie Lauf eines Kol bens im Motor nicht mir vom Kolben selbst, sondern auch wesentlich vom Zustand der Zylindergleitbahn abhängig, auf deren starke Beschädigung bei klemmenden Graugusskol- Len schon hingewiesen wurde.
Man weiss, dass die Zylinderfläche im Bereich der Kolben- hubbahn an den Totpunktlagen der Kolben- rin--e muldenartige Verschleissstellen auf weist. die durch eine unregelmässig ver laufend(- Verschleissfläche verbunden sind. die sich entsprechend der in der obern Toi- punktstellung ergebenden tieferen Verschleiss mulde nach oben hin erweitert.
Die harten Iiolbenrin,--e. in deren Zone Verbrenatuigsriiekstände in Form von 01- kohle gelangen können, schaben gewisser- massen \kratzend an der Zylinderwandung und bilden so den Anfang \der ungleichen Verschleisswirkung. Beträgt der Unterschied in der Verschleisstiefe beispielsweise 0.3 inm,
so müssen die Kolbenringe bei einer Drehzahl von 3000 Umdrehungen in der Minuie eben soviel -Mal zusammenfedern. Durch diese ständre Formveränderung während jedes Arbeitshubes ist der Ringwerkstoff grösseren Beanspruchungen ausgesetzt, und der Rei bungsdruck der Ringe gegen die Zylinder- wandun-- wechselt in seiner Grössenordnung ständig.
Dieser Umstand führt: naturgemäss dazu, da.ss die Kolbenringe schlechter abdich ten und eher verschleissen. so dass sowohl die Betriebssicherheit als auch die Wirtschaft lichkeit des Motors ungünstig beeinflusst -erden.
Bisher hat man Leichtmetallkolben zum Beispiel durch Eloxieren, also durch Erzen gen einer Oberflächenoxydschicht des Grund metalles, an der gleitenden 11la,ni,elfläche ge härtet und verschleissfest gemacht. Ferner hat man Grangusskolben mit einer Weich- metallschieht versehen.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Brennkraftmaschinenkolben, bei welchem der Mantel des Kolbenkörpers mit einer Schicht von VTeiehmetall überzogen ist. Die Erfin dung besteht darin, da.ss der Kolbenkörper aus einer Leichtmetallegierung besteht.
Dies geschieht finit der neuen Ziel--ei)ung, eine überraschend < - Veränderung der seither uu- gleiclimässig verlaufenden Verschleissbahn der Zylinderwandung herbeizuführen. Durch den Weicliiiietalliiberzng übt der Leicht metallkolben innerhalb des Zylinders eine Läppwirkung aus, und das Weichmetall bil det dabei gezvissermassen die Läppaste,
so dass der Kolben die von den Kolbenringen er- zeugten Kratzer wieder glatt poliert.
Die Erfahrung hat gezeigt. dass bei einem erfindungsgemässen Kolben die Verschleiss bahn der Zylinderwandung rieht am von wesentlich geringerer Tiefe, sondern auch in der obern und untern Totpunktlage an nähernd gleichmässig ist. Die Kolbenringe federn dadurch gleichmässiger,
sind geringer beansprucht und ergeben bessere Abdichtung sowie grössere Betriebssicherheit.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichniin- beispielsweise veran- @chaiiiicht.
Fig. 1 zeigt den Zylinderv erschleiss bei seither üblichen Leichtmetallkolben und den bekannten Leiehtmeta.llkolben. und Fig. ? den Zy linderversebleiss beim Bei spiel und das Beispiel.
In deix Abbildungen bezeichnet 1 einen bekannten gleitenden Leichtmetallkolben, 1' das Beispiel, 2 die Weichmetallschicht, wel che die gleitende Mantelfläche des Kolbens 1' bedeckt. 3 den obersten Kolbenring, 4 den untersten Kolbenring. b den Motorzylinder.
In Fig. 1 ist f; die Verschleissmulde am obern Totpunkt. 7 die Verschleissfläche zwischen den Tot.punkilagen. 8 die Verschleissmelde im unsern Totpunkt. In. Fig. 2 ist 9 die ver- gleichmdissigte Verschleissfläche bei Verwen dung des mit Weichmetall überzogenen I eichtmetallkolbens.
In Fig. 1 ist die charakteristische Forni der seitherigen Zylinderabnützung, nämlich eine tiefe Mulde fi im obern Totpunkt des ersten Kolbenringes 3. dann unregelmässiger Verlauf der Verschleissfläche 7 und an der untern Totpunktlage eine kleinere Ver schleissmulde 8 in grösserem Massstab dar-e r, stellt. Man erkennt, dass die Kolbenringe sich in Anpassung an diese Verschleissbahn stän dig ausdehnen und zusammendrücken müssen.
Es ergibt sich ein unruhiges Gleiten, ein er höhter Verschleiss und ein schlechtes Abdich ten der Ringe.
Überraschenderweise ergibt sich eine ver- gleichmässigte Abnützungsbahn 9 bei dem Leichtmetallkolben 1'. Derselbe weist einen aus einer Leichtmetallegierung bestehenden Kolbenkörper auf, auf den auf spritztech- nischem oder elektrolytischem Wege ein Weichmetallüberzug 2, z. B. aus Zinn, Blei, Cadmium oder dergl. aufgesetzt, ist, wie man ihn bisher nur bei Hartmetallkolben kannte. Die Leichtmetallegierung besteht zum Bei spiel aus Aluminium oder Magnesium.
Die Kolbenringe dieses Kolbens 1' haben nun mehr wesentlich geringere Formveränderung während jedes Hubes zu erleiden, so dass sich bei ruhigem Gleiten eine gleichmässige At- mungs- und Dichtungsarbeit ergibt. Ausser dieser neuartigen Wirkung des Weichmetall überzuges auf den Leichtmetallkolben, wir ken sich die bekannten Vorzüge solcher Weichmetallauflagen aus, zum Beispiel die Ausgleichung von Unebenheiten in der Zy linderwand und das Glätten der Laufbahn, so,.
dass sowohl für den Kolben, als auch für die Zylindergleitfläche eine wesentlich längere Lebensdauer gewährleistet ist.
Internal combustion engine pistons. When new pistons run into cylinders of internal combustion engines, as well as in cases of exceptional operating circumstances and stresses, there is often the disadvantage of piston seizure, which is an important task of piston technology.
New pistons that are fitted with the smallest possible clearance can get stuck in the cylinder at maximum engine speeds, but worn-in pistons also work when there is insufficient oil or when it is too cold or too cold. with boiling cooling water under unfavorable friction conditions leading to piston seizure.
Particularly disadvantageous is the effect of the piston seizing when it is made of heavy metal, e.g. B. gray cast iron, because the hard material machined the cylinder wall similar to a work tool and creates such grooves that restarting the engine is impossible due to the seized piston. To remedy this, it was proposed to provide hard metal pistons with a coating of a friction-reducing, compressible soft metal.
In the case of light metal pistons, on the other hand, the operating conditions are significantly different, which result from the fact that, in addition to a different coefficient of expansion, light metal also has other properties of the surface structure compared to heavy metal, for example gray cast iron.
Here, too, there is a risk of seizure in the event of excessive stress and unfavorable circumstances, but this can be countered, for example, by special selection of alloys, by oval grinding, by using bimetallic inlays or, if necessary, by combining several such measures.
If a piston does stick, the consequences are less unpleasant than with cast iron pistons, so that the engine can usually be restarted after a short time. 1do is. the perfect running of a piston in the engine does not depend on the piston itself, but also largely on the condition of the cylinder slide, the severe damage of which has already been pointed out in the case of jammed gray cast iron pistons.
It is known that the cylinder surface in the region of the piston stroke path has trough-like wear points at the dead center positions of the piston ring. which are connected by an irregularly running (- wear surface. which expands upwards in accordance with the deeper wear trough resulting in the upper tip position.
The hard Iiolbenrin, - e. In the zone of which combustion residues in the form of oil can get, scrape, so to speak, scratching the cylinder wall and thus form the beginning of the uneven wear effect. For example, if the difference in the depth of wear is 0.3 inm,
so the piston rings must spring together just as many times at a speed of 3000 revolutions in the Minuie. As a result of this constant change in shape during each working stroke, the ring material is exposed to greater stress and the frictional pressure of the rings against the cylinder wall constantly changes in magnitude.
This circumstance naturally leads to the piston rings sealing poorly and being more likely to wear out. so that both the operational safety and the economy of the engine are adversely affected.
So far, light metal pistons have been hardened and made wear-resistant on the sliding 11la, ni, elfläche, for example by anodizing, that is by means of ore a surface oxide layer of the base metal. In addition, cast iron pistons have been provided with a soft metal layer.
The present invention relates to an internal combustion engine piston, in which the jacket of the piston body is coated with a layer of V-casting metal. The invention consists in that the piston body consists of a light metal alloy.
This takes place finitely with the new goal - the aim of bringing about a surprising change in the wear path of the cylinder wall, which has since been unevenly running. Due to the soft metal coating, the light metal piston exerts a lapping effect within the cylinder, and the soft metal forms the lapping paste,
so that the piston polishes the scratches produced by the piston rings smooth again.
Experience has shown. that in a piston according to the invention the wear path of the cylinder wall is substantially less deep, but is also approximately uniform in the top and bottom dead center positions. The piston rings spring more evenly,
are less stressed and result in better sealing and greater operational reliability.
An embodiment of the invention is shown in the drawing, for example.
1 shows the cylinder wear in light metal pistons that have been customary since then and the known light metal pistons. and fig.? the cylinder wear in the example and the example.
In the figures, 1 denotes a known sliding light metal piston, 1 'the example, 2 the soft metal layer which covers the sliding outer surface of the piston 1'. 3 the top piston ring, 4 the bottom piston ring. b the engine cylinder.
In Fig. 1, f; the wear trough at top dead center. 7 the wear surface between the dead center layers. 8 the wear indicator in our dead center. In. FIG. 2 is the comparative wear surface when using the light metal piston coated with soft metal.
1 shows the characteristic shape of the cylinder wear since then, namely a deep depression fi in the top dead center of the first piston ring 3, then an irregular course of the wear surface 7 and at the bottom dead center position a smaller wear depression 8 on a larger scale . It can be seen that the piston rings constantly expand and compress to adapt to this wear path.
The result is restless sliding, increased wear and tear and poor sealing of the rings.
Surprisingly, there is an even wear path 9 in the case of the light metal piston 1 '. The same has a piston body made of a light metal alloy, on which a soft metal coating 2, e.g. B. made of tin, lead, cadmium or the like. Is how it was previously only known with hard metal pistons. The light metal alloy consists, for example, of aluminum or magnesium.
The piston rings of this piston 1 'now have to undergo significantly less change in shape during each stroke, so that a uniform breathing and sealing work results with smooth sliding. In addition to this new type of effect of the soft metal coating on the light metal piston, we ken the well-known advantages of such soft metal coatings, for example the compensation of unevenness in the cylinder wall and the smoothing of the raceway, see above.
that a significantly longer service life is guaranteed for both the piston and the cylinder sliding surface.