DE1012120B

DE1012120B - Kolben aus Leichtmetall fuer Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE1012120B
Application number: DESCH14676A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Kraemer
Original assignee: Karl Schmidt GmbH
Current assignee: Karl Schmidt GmbH
Priority date: 1954-02-23
Filing date: 1954-02-23
Publication date: 1957-07-11

Description

Kolben aus Leichtmetall für Brennkraftmaschinen Gegenstand der Erfindung ist ein Brennkraftmaschinenkolben aus einer Leichtmetallegierung, vorzugsweise einer Aluminiumlegierung, von dessen Boden die Wärme fortgeführt werden soll.
Es sind Kolbenausführungen bekanntgeworden, bei denen frei in das Kolbeninnere hineinragende, eingegossene Teile vorgesehen werden. Diese rippenartigen Ansätze dienen aber vorwiegend zur Verstärkung des Kolbenschaftes und vermögen nur geringfügig die Wärme abzuführen.
Die Anordnung angelöteter, aus separaten Ringen bestehender Rippen konzentrisch zueinander an dem flachen Boden des Kolbens zur Verstärkung desselben unter Einwirkung der Wärme ist ferner auch nicht mehr neu. Der Boden des Stahlkolbens ist in diesem Fall getrennt vom Kolbenkörper als flache Scheibe in denselben eingelegt.
Es ist ferner nicht mehr neu, Stangen- oder bandförmige Versteifungsglieder quer durch den Hohlraum des Kopfes eines Leichtmetallkolbens zu ziehen und solche Spannglieder einerseits im Kolbenkopf auf der Innenseite der Ringpartie und andererseits am oberen Teil des Kolbenschaftes einzugießen. Diese Verstrebungen bestehen aus einem Metall, das gegeniiber dem Leichtmetall des Kolbens einen kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, so daß eine Überwachung der thermischen Ausdehnung des Kolbenschaftes erfolgen kann.
Zur Erzielung eines günstigen Laufspieles des Kolbens im Zylinder ist weiterhin auch schon in dem ersteren ein U-förmiger Bügel vorgesehen worden, dessen beide Schenkelenden in den Kolbenbolzenaugen verankert sind und dessen Scheitel mit dem Kolbenboden vergossen ist, während der zwischen Enden und Scheitel gelegene Bügelteil quer durch den Hohlraum des Kolbenkopfes geführt ist. Ein derartiges thermisches Steuerglied übernimmt gleichzeitig auch noch die Übertragung der auf den Kolbenboden während des Betriebes einwirkenden Kräfte auf die Kolbenbolzenaugen.
Die Fortführung der Wärme aus dem beaufschlagten heißen Kolbenboden über die Kolbenringzone nach dem Zylinder ist eine der Hauptforderungen, die für den Bau von Brennkraftmaschinen bestehen. Durch die Erfüllung dieser Bedingung gelingt es, den Schaftteil weitgehend von der Beeinflussung durch Wärme zu befreien. Ringförmige Elemente, die diese Aufgabe übernehmen, sind in der Regel mit Schlitzen und Löchern versehen.
Die bisher bekanntgewordenen derartigen Drosselringe wurden bei der Herstellung des Kolbens mit eingegossen und so angeordnet, daß sie von der Kolbenbodenseite oder auch von der Ringpartieseite aus in den Wärmefließquerschnitt des Kolbenbodens bzw. der Ringpartie hineinragen und dadurch den Wärmefluß ganz oder teilweise abdrosseln. Die hierdurch erzwungene Verteilung des Wärmeflusses im Kolbenboden- bzw. Ringteilquerschnitt ist jedoch in dem bisher vorgenommenen Umfang nicht erwünscht, weil der verbleibende Querschnitt für. den Wärmefluß zu eng wird und sich eine zu starke Drosselung einstellt.
Um diesen Mangel zu beheben, sind erfindungsgemäß ein oder mehrere Ringe bzw. Segmente so in den Kolbenkopf bzw. in die Ringpartie eingegossen, daß sie zum Teil in den freien Kolbenraum hineinragen und gekühlt werden. An besonders hoch wärmebeanspruchten Stellen sind die Ringe bzw. Segmente enger angeordnet als an den übrigen Teilen des Kolbeninnern.
Die Zeichnung veranschaulicht Ausführungsbeispiele.
Abb. 1 bis 3 zeigen im Längsschnitt Teile des Kolbens; Abb. 4 veranschaulicht im. Grundriß i ne besondere Anordnung von Ringen bzw. Segmenten. . Entsprechend der Darstellung in kbb. 1 ist ein Ring a in den Kolben d eingegossen. Die Abschirmung kann auch durch ein eingegossenes Segmentstück oder durch mehrere segmentartige Körper erfolgen. Der Ring a ist kegelförmig ausgebildet und so angeordnet, daß er die obere Ringnut zum großen Teil abschirmt. Der Ring besitzt eine beliebige Anzahl Durchbrechungen b. Er ragt mit seinem Teil in das Kolbeninnere unterhalb des Kolbenkopfes. Der Ring a nimmt während des Betriebes eine verhältnismäßig hohe Temperatur an. Ein Teil der Wärme wird über die Rippen c, durch die der Ring a gehalten ist, an die Ringpartie weitergeleitet. Der größte Teil der Wärme wird vorteilhaft durch ein Kühlmittel dem Ring a entzogen. Auf diese Weise gelingt- es, die Wärmeableitung zu vergrößern und gleichzeitig eine Abschirmung des Wärmeflusses vom Kolbenboden zur Ringpartie vorzunehmen.
Es besteht ferner auch die Möglichkeit, zwei Ringe c und k entsprechend der Darstellung nach Abb. 2 im Kolbenkopf einzugießen. Die beiden Ringe können konzentrisch zueinander liegen und verschieden großen Abstand von der Kolbenbodenoberfläche aufweisen. Hierdurch gelingt es, die Wärmeableitung von einer überhitzten Stelle des Kolbens zu einer weniger stark erwärmten Stelle hin zu steuern und die Drosselung im Wärmefließduerschnitt beliebig stark einzustellen. Die Kühlung der nicht umgegossenen, frei in das Kolbeninnere ragenden Ringteile kann durch eine Kühlflüssigkeit erfolgen, die in einem geschlossenen Raum unterhalb des Kolbenkopfes bei der Kolbenbewegung hin und her geschleudert wird.
Die Abb. 3 läßt die Anordnung mehrerer Abschirmringe im Innern des Kolbens erkennen. Auch hier wird eine Kühlflüssigkeit benutzt, die zwangläufig mittels einer besonderen Kühleinrichtung durch den Kolben gepumpt wird. Die aus dem Kolbenkopf bzw. der Ringpartie herausragenden freien Teile der Ringe f, g, h, i sind gegenüber dem Innenraum des Kolbens abgeschlossen. Hierzu dient ein besonders ausgebildeter Deckel r. Die Abschirmbleche g, h, i können entweder konzentrisch oder auch spiralig angeordnet sein, so daß das Kühlöl, welches sich oberhalb des Deckels r befindet, die freien Teile der Abschirmringe benetzt.
Entsprechend der Darstellung in Abb. 4 sind im Kolbenboden m da, wo der letztere an einer Stelle q besonders hoch wärmebeansprucht ist, eine Anzahl Ringe n bzw. ein Segment p oder auch mehrere Segmente so angeordnet, daß sie im dichten Abstand zu liegen kommen, um eine möglichst schnelle Wärmeableitung durch das Kühlmittel zu erreichen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Für Brennkraftmaschinen bestimmter Leichtinetallkolben mit einem oder mehreren eingegossenen Ringen oder Ringsegmenten im Kolbenoberteil, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe (a) bzw. Segmentstücke (p) nur zum Teil im Kolbenkopf (d, m) bzw. in der Ringpartie eingegossen sind und mit einem Teil frei in das Kolbeninnere ragen.
2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe bzw. Segmente flüssigkeitsgekühlt sind.
3. Kolben nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe bzw. Segmente in verschiedener Größe im Kolbenboden (d, rn) angeordnet sind und die Kühlung zum Teil unter Verwendung von Kühlrippen (c), zum Teil durch an sich bekannte Kühlmittel erfolgt.
4. Kolben nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an besonders hoch wärmebeanspruchten Stellen (q) auf dem Kolbenboden (d, m) die Ringe (n) bzw. Segmente (p) in einem engeren Abstand zueinander angeordnet sind als an den übrigen Stellen des Kolbens.
5. Kolben nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Abstand der freien Enden der Ringe (f bis i) bzw. Segmente ein Abschlußdeckel (y) im Kolbeninnern angeordnet ist, so daß ein Kühlmittelraum entsteht. In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschrift Nr. 376 656; französische Patentschrift Nr. 757 277; USA.-Patentschriften Nr. 2 267 724, 2 607 643.