DE1245657B - Ungeschlitzter Leichtmetallkolben, insbesondere fuer hochbelastete Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

• Ungeschlitzter Leichtmetallkolben, insbesondere für hochbelastete Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf einen ungeschützten Leichtmetallkolben, insbesondere für hochbelastete Brennkraftmaschinen, in dessen Schaft Schwermetalleinlagen als bimetallische Regelglieder eingegossen sind, die im Bereich der Bolzenaugen und in deren Höhe an der Innenwand des Schaftes angeordnet sind. Ein Brennkraftmaschinenkolben soll in Richtung der Kippebene ein' möglichst geringes Einbauspiel haben, welches über den gesammelten Belastungs- bzw. Temperaturbereich erhalten bleiben soll. Auf dem Gebiet der sogenannten Regelkolben sind in den letzten Jahren zahlreiche Versuche unternommen worden, diese Aufgabe zu lösen. Bei den meisten bekanntgewordenen Kolbenbauarten ist man jedoch immer wieder davon ausgegangen, durch Querschlitze den Kopf vom Schaft des Kolbens in der Gegend der Kippebene zu trennen. Ein Beispiel hierfür ist in der USA.-Patentschrift 2 465-767 beschrieben. Bei diesem Kolben ist unterhalb der Querschlitzung an -der Schaftinnenseite ein in sich geschlossener- Ring angeordnet, der an drei Stellen mit dem Kolben verankert ist und der lediglich der Ausdehnungskorrektur dient. Für einen Kolben dieser Art besteht der besondere Nachteil, daß infolge der Querschlitzung eine inhomogene Wärmeabfuhr und damit eine unterschiedliche Temperaturverteilung eintritt über den Umfang des Kolbenkopfes.
• Es ist auch schon ein ungeschützter Regelkolben bekannt, bei dem die Regelglieder nur, von Bolzenrichtung aus gesehen, über einige Gradwirken, während in der Kippebene keine direkte Beeinflussung mehr vorliegt. Gerade auf dieses Gebiet kommt es aber bei Regelkolben an, gleichgültig ob sie Querschlitze haben oder nicht. Dies gilt auch für einen Leichtmetallkolben, wie er in der deutschen Patentschrift 647 504 beschrieben ist. Bei diesem sind geschlossene eiserne Ringe in den Schaft eingegossen, die aus gießtechnischen Gründen mit sich gegenüberliegenden Ausbuchtungen versehen sind. Diese sind nicht geeignet, einen Einfluß auf die Regelwirkung auszuüben.
• Weiterhin ist ein ungeschützter Aluminiumkolben mit im Schaft eingegossenen gekrümmten Regelgliedern für hohe thermische und mechanische Beanspruchungen bei kleinem Laufspiel bekannt. Bei dieser Ausführungsform sind die verwendeten Regelglieder (gekrümmte Streifen oder Platten) mitten in den Schaft eingegossen und mit ihren Enden in der Nähe der Bolzenaugen im Kolbenwerkstoff verankert. Hierdurch ist erreicht, daß beim Erstarren des Kolbenwerkstoffs und 'der dabei auftretenden Spannungen zwischen dem Kolbenwerkstoff und dem Regelglied eine elastische Verformung quer zu den Bolzenaugen erfolgt. Schließlich ist es nicht mehr neu, Regelglieder von den Bolzenaugen eines Kolbens ausgehend anzuordnen, die an der Innenwand des Schaftes zu den tragenden -Schaftflächen hin verlaufen. --Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bisher übliche Trennung des Kopfes vom Schaft durch Querschlitze bei einem Regelkolben -zu vermeiden und einen wirksamen Regeleffekt im Bereich der tragenden Schaftflächen .durch eine besondere Gestaltung der Regelglieder zu erzielen.
• Bei der Lösung dieser Aufgabe wird von der Bimetallwirkung Gebrauch gemacht und dabei von dem Grundgedanken ausgegangen, die gesamte Tragfläche durch das Regelglied direkt- zu beeinflussen, um besonders bei hochbelasteten Kolben für Brennkraftmaschinen ein geringes Einbauspiel über den- gesamten Belastungsbereich zu erhalten. Die für einen ungeschlitzten Regelkolben erforderliche und gegenüber geschlitzten Kolben bedeutend größere Regelkraft wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Regelglieder im Bereich der tragenden Schaftflächen scharf nach außen abknicken und innerhalb der Kolbenwänd, jedoch überwiegend im äußeren Wandbereich' verlaufen. Als 'Regelelement kann im Rahmen der Erfindung in an sich bekannter Weise ein geschlossener Ring eingegossen sein, oder es können als Regelelemente zwischen den Bolzenaugen angeordnete Regelglieder dienen, die als solche ebenfalls an sich bekannt sind. Durch die Erfindung wird. auch bei einem ungeschützten Leichtmetallkolben ein Regeleffekt erzielt, wie er bisher nur bei geschlitzten Kolben verwirklichbar war.
• In den Figuren ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Regelkolbens dargestellt.
• F i g. 1 und 2 veranschaulichen Längsschnitte durch einen Kolben nach der Erfindung; der Schnitt nach F i g. 1 verläuft in der Ebene der Bolzenaugen, der Schnitt nach F i g. 2 90° quer dazu; F i g. 3 und 4. sind Schnitte durch den erfindungsgemäßen Regelkolben gemäß der Schnittangabe A -B in der F i g. 2; F i g. 3 stellt ein geschlossenes Regelglied dar, F i g. 4 zwei getrennte Regelelemente; F i g. 5 veranschaulicht in einer Abwicklung des Kolbenquerschnittes den doppelten Bimetalleffekt gemäß der Erfindung.
• Zur Erzielung des doppelten Bimetalleffektes im Rahmen der Erfindung verläuft das Regelglied 1 gemäß der F i g. 3 in, den Bereichen A zwischen Bolzenaugen und tragender Schaftpartie an der Innenseite des Kolbenmantels und wechselt über den Bereich C (unmittelbar tragende Schaftpartie) in Lauffiächennähe über. Das gleiche trifft für die Darstellung nach F i g. 4 zu. Hier sind lediglich zwei Regelelemente 2 und 3 eingegossen, was jedoch im Rahmen der Erfindung nur eine untergeordnete Rolle spielt. Mit T ist der Bereich der tragenden Schaftflächen des Kolbens gekennzeichnet, der von der erfindungsgemäßen Regelwirkung erfaßt ist.
• Der Kolbenkopf (vgl. insbesondere F i g. 2) ist ringsum mit gleicher Wandstärke versehen und geht ohne Einschnürungen in sanftem übergang in den Schaft über. Der Kolbenschaft wird in Kippebene zur besseren Abstützung nach oben hin stärker und kann zum gleichen Zweck wie zur stabileren Aufnahme bei dei Bearbeitung in der Mitte einen. schwachen' Wulst erhalten.
• Bezüglich der Herstellung des erfindungsgemäßen Regelkolbens ist zu sagen, daß die ' sehr einfache Innenform die Verwendung eines dreiteiligen Gießkerns, welcher unschwer herzustellen ist, ermöglicht. Das @ einzugießende Stahlband kann ohne Abfall aus Blech gestanzt oder direkt von einem fertigen Band abgeschnitten werden. Durch den Abbau der Materialanhäufungen über den Bolzenaugen, den Rippen und über den sonst üblichen Querschlitzen läßt sich der Kolben leicht gießen. Schließlich tritt bezüglich der Bearbeitung eine Erleichterung ein, da sowohl die Querschlitze als auch das Einfallen der. Ringnut entfällt.

Claims (3)

1. Patentansprüche: 1. Ungeschützter Leichtmetallkolben, insbesondere für hochbelastete Brennkraftmaschinen, in dessen Schaft Schwermetalleinlagen als bimetallische Regelglieder eingegossen sind, die im Bereich der Bolzenaugen und in deren Höhe an der Innenwand des Schafts angeordnet sind, d a -durch gekennzeichnet, daß die Regelglieder (1, 2, 3) im Bereich der tragenden Schaftflächen (C) scharf nach- außen abknicken und innerhalb der Kolbenwand, jedoch überwiegend im äußeren Wandbereich verlaufen.
2. 2. Regelkolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß-als Regelelement in an sich bekannter Weise ein geschlossener Ring (1) eingegossen ist.
3. 3. Regelkolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Regelelemente in an sich bekannter Weise zwischen den Bolzenaugen angeordnete Regelglieder (2 und 3) dienen. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 647 504; deutsche Auslegeschrift Nr.1078 387; deutsche Patentanmeldung Sch 4644 XH/47 f (bekanntgemacht am 6.8.1953); USA.-Patentschrift Nr. 2 465 767.