DE1284761B - Leichtmetallvollschaftkolben mit dehnungsregelnden Einlagen - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf einen Leichtmetallvollschaftkolben, in dessen dem Kolbenkopf zunächstliegendem Schaftteil sich von den Bolzennaben beiderseits in Richtung auf .die senkrecht zur Kolbenachse verlaufende Symmetrieebene, diese jedoch nicht erreichende, im Bereich der tragenden Schaftteile entsprechend deren Kontur gekrümmte dehnungsregelnde Einlagen aus einem Werkstoff mit kleinerem Wärmeausdehnungsbeiwert so eingebettet sind, daß sie die auf ihrer Außenfläche unter Schrumpfspannung aufliegenden Teile des Leichtmetallschaftes vom Kolbenkopf trennen, während mit dem Kolbenkopf zusammenhängende Leichtmetallteile des Kolbenschaftes. radial innerhalb dieser Einlagen vorgesehen und von ihnen durch einen Schwindspalt getrennt sind.
• Bei den bekannten derartigen Kolben, die vollschaftig ausgebildet sind, d. h. zwischen Kopf und Schaft keine Querschlitze aufweisen, laufen die radial innerhalb der Einlagen liegenden, mit dem Kolbenkopf zusammenhängenden Schaftteile bis zum offenen Schaftende durch. Gegenüber einer ebenfalls bekannten Bauart, bei der hülsenförmige Einlagen Verwendung finden, die sich bis zur Unterflanke der dem Kolbenschaft zunächstliegenden Kolbenringnut erstreckt oder unterhalb dieser Ringnut nach außen umgebogene Teile aufweist, wird der Vorteil erreicht, daß die Kolben leichter herstellbar sind. Während die Herstellung und das Eingießen in sich geschlossener hülsenförmiger Einlagen verhältnismäßig teuer ist, lassen sich hülsensegmentförmige Einlagenpaare, die im Bereich der Tragflächenmitten einen Raum zwischen sich frei lassen, leicht herstellen und mittels bekannter Vorrichtungen auch leicht automatisch in die zum Gießen der Kolben dienenden Formen einbringen. Dafür muß aber eine Verschlechterung der dehnungsregelnden Wirkung der Einlagen in Kauf genommen werden. Schon bei den bekannten Kolben mit hülsensegmentförrnigen Einlagen ist die die Wärmeausdehnung regelnde Wirkung auf die unmittelbar auf den Einlagen aufliegende Leichtmetallschicht des Kolbenschaftes beschränkt. Die Wärmeausdehnung der radial innerhalb der Einlagen liegenden Schaftteile und der mit ihnen zusammenhängenden Schaftteile unterhalb der Einlagen bleibt ungeregelt. Bei den bekannten Kolben mit hülsensegmentförmigen Einlagen kommt hinzu, daß die im Bereich der Tragflächenmitten zwischen den Einlagen liegenden vollwandigen Schaftteile unmittelbar mit dem Kolbenkopf zusammenhängen und daher dem Einfluß der verhältnismäßig starken Wärmeausdehnung des Kolbenkopfes unterliegen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kolben der eingangs beschriebenen Art unter Beibehaltung des Vorteils der leichten Herstellbarkeit so auszugestalten, daß sich eine über den ganzen Umfang und über die ganze Länge des Kolbenschaftes erstreckende Regelung der Wärmeausdehnung erzielen läßt.
• Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, im Bereich der senkrecht zur Kolbenbolzenachse verlaufenden Symmetrieebene des Kolbens erstens die innerhalb der in den Schaftwerkstoff eingebetteten gekrümmten Einlagenteile liegenden Leichtmetallschaftteile über eine Breite zu unterbrechen, die mindestens so groß ist wie der gegenseitige Abstand der einander gegenüberliegenden Enden dieser Einlagenteile, zweitens Wanddurchbrechungen vorzusehen, welche die zwischen den gekrümmten Einlagenteilen verbleibenden Mittelzonen der tragenden Schaftteile vom Kolbenkopf trennen, und drittens in einem dem offenen Schaftende näherliegenden Schaftteil Einlagenteile mit freiliegenden, vom Schaftwerkstoff nicht bedeckten Innenseiten vorzusehen.
• Das erste dieser Merkmale, für die nur in ihrer Gesamtheit Schutz begehrt wird, ist an sich aus F i g. 2 der britischen Patentschrift 1029 259 bekannt, die jedoch, einen Kolben mit an sehnenartig angeordneten Eiseneinlagen befestigten und vom Kolbenkopf vollständig getrennten Gleitschuhen betrifft. Dieses Merkmal bewirkt, daß bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Kolben die zwischen den Enden der gekrümmten Einlagenteile liegenden Schaftteile schwachwandig und daher durch die dehnungsregelnde Wirkung der gekrümmten Einlagenteile mit beeinflußbar sind.
• Das zweite Merkmal bewirkt eine Abtrennung der zwischen den Enden der gekrümmten Einlagenteile liegenden Schaftteile vom Kolbenkopf und entzieht daher diese Schaftteile dem Einfluß der starken Wärmeausdehnung des im Betrieb heißer als der Schaft werdenden Kolbenkopfes.
• Das dritte Merkmal, welches bei Kolben mit sich über den ganzen Umfang der tragenden Schaftteile von Leichtmetallvollschaftkolben erstreckenden hülsensegrnentförmigen Eisen-Einlagen bereits bekannt ist, entzieht nicht nur, wie bei dem bekannten Kolben, die betreffenden Schaftteile dem Einfluß des Kolbenkopfes, sondern ermöglicht infolge der gegenüber dem bekannten Kolben geänderten Einlagenanordnung auch eine Regelung der radialen Wärmeausdehnung des offenen Schaftendes in dem Sinne, daß diese im Bereich der tragenden Schaftteile abgeschwächt wird.
• Durch das Zusammenwirken der genannten Merkmale wird daher eine in sämtlichen Schaftteilen wirksame Regelwirkung erreicht.
• Bei einer bevorzugten Ausführung des Erfindungsgegenstandes verlaufen die im näher beim offenen Schaftende liegenden Schaftteil vorgesehenen Einlagenteile sehnenartig und weist der Kolbenschaft im Bereich der Bolzennaben fensterartige Einbuchtungen mit sehnenartigen Wandteilen auf, die sich gegen die Außenseiten der sehnenartigen Einlagenteile anlegen.
• Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das in der Zeichnung in F i g. 1 hälftig im Längsschnitt längs der durch die die Bolzenachse enthaltende Symmetrieebene und hälftig in Ansicht, in F i g. 2 ausschnittweise im zur Bolzenachse senkrechten Längsschnitt und in F i g. 3 in einem Querschnitt in Höhe der Bolzenachse dargestellt ist, während F i g. 4 eine dehnungsregelnde Einlage in schaubildlicher Darstellung zeigt.
• Bei dem gezeichneten Kolben ist der den Kolbenboden und die Ringzone umfassende Kolbenkopf mit 1 und der Kolbenschaft mit 2 bezeichnet. Der Kolbenschaft weist im Bereich der Bolzennaben 3 fensterartige Einbuchtungen mit sehnenartig verlaufenden Wandteilen 21 auf.
• Zur Regelung der Wärmeausdehnung sind in den Kolbenschaft zwei Einlagen aus Stahlblech eingegossen, die im Ganzen mit 4 bezeichnet sind. Jede dieser Einlagen weist einen ebenen Mittelteil 41 und zwei entsprechend der Schaftkontur gekrümmte Seitenteile 42 auf, deren obere Enden 43 außerdem nach außen abgebogen sind.
• Diese Einlagen sind in den Kolbenkörper so eingegossen, daß ihre ebenen Mittelteile 41 an den sehnenartigen Wandteilen 21. anliegen und innen nicht vom Kolbenwerkstoff bedeckt sind, während die gekrümmten, zwischen sich einen Abstand a frei lassenden Seitenteile 42 vollständig in den Schaftwerkstoff eingebettet sind und die abgebogenen Teile 43 unterhalb der dem Kolbenschaft zunächstliegenden Ringnut 11 bis zur Kolbenoberfläche reichen.
• Die innerhalb der gekrümmten Einlagenteile 42 liegenden Schaftteile 22, die mit dem Kolbenkopf und mit dem unteren Schaftteil zusammenhängen, sind in dem Bereich zwischen den Einlagenteilen 42 über eine Breite b unterbrochen, die größer ist als der Abstand a dieser Einlagenteile. Außerdem ist oberhalb der Unterbrechungen in der Ringnut 11 je eine Wanddurchbrechung 5 vorgesehen. Durch diese beiden Maßnahmen sind die zwischen den Enden der gekrümmten Einlagenteile 42 liegenden Schaftteile von allen unmittelbar mit dem Kolbenkopf zusammenhängenden Leichtmetallteilen des Kolbens getrennt, und zwar praktisch ohne Festigkeitseinbußen, da die Wanddurchbrechungen 5 die Abstützung des Kolbenkopfes 1 gegen den Kolbenschaft nicht merklich beeinträchtigen.
• Die angestrebte Regelwirkung kommt folgendermaßen zustande: Im oberen, bis zur Unterkante gekrümmten Einlagenteile 42 reichenden Schaftteil wird die Regelung der radialen Wärmeausdehnung abhängig von der jeweiligen Temperatur durch Abbau der Zugspannungen bewirkt, die den unmittelbar auf den gekrümmten Einlagenteilen aufliegenden äußeren Leichtmetallschichten innewohnen. Die so erzielte Regelung wirkt sich auch in den Zonen zwischen den Enden der Einlagenteile 42 aus und wird durch sie jedenfalls nicht beeinträchtigt, da diese Teile, wie oben angegeben, von allen mit dem Kolbenkopf unmittelbar zusammenhängenden Schaftteilen erfindungsgemäß getrennt sind. In dem unterhalb der Einlagenteile 42 näher beim offenen Schaftende liegenden Schaftteil ist diese Regelung allerdings unwirksam. Hier wirken jedoch in bekannter Weise die Streifenteile 41, welche innen frei liegen und daher mit den außen auf ihnen aufliegenden Leichtmetallteilen bimetallische Verbundglieder bilden.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Leichtmetallvollschaftkolben, in dessen dem Kolbenkopf zunächst liegendem Schaftteil sich von den Bolzennaben beiderseits in Richtung auf die senkrecht zur Kolbenachse verlaufende Symmetrieebene erstreckende, diese jedoch nicht erreichende, im Bereich der tragenden Schaftteile entsprechend deren Kontur gekrümmte dehnungsregelnde Einlagen aus einem Werkstoff mit kleinerem Wärmeausdehnungsbeiwert so eingebettet sind, daß sie die auf ihrer Außenfläche unter Schrumpfspannung aufliegenden Teile des Leichtmetallschaftes vom Kolbenkopf trennen, während mit dem Kolbenkopf zusammenhängende Leichtmetallteile des Kolbenschaftes radial innerhalb dieser Einlagen vorgesehenen und von ihnen durch einen Schwindspalt getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der senkrecht zur Kolbenbolzenachse verlaufenden Symmetrieebene des Kolbens erstens die innerhalb der in den Schaftwerkstoff eingebetteten gekrümmten Einlagenteile (42) liegenden Leichtmetallschaftteile (22) über eine Breite (b) unterbrochen sind, die mindestens so groß ist wie der gegenseitige Abstand (a) der einander gegenüberliegenden Enden der gekrümmten Einlagenteile (42), und zweitens Wanddurchbrechungen (5) vorgesehen sind, welche die zwischen den gekrümmten Einlageteilen liegenden Mittelzonen der tragenden Schaftteile vom Kolbenkopf trennen, und daß ferner in einem näher beim offenen Schaftende liegenden Schaftteil Einlagenteile (41) mit freiliegenden, vom Schaftwerkstoff nicht bedeckten Innenseiten in an sich bekannter Weise vorgesehen sind.
2. 2. Leichtmetallvollschaftkolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im näher beim offenen Schaftende liegenden Schaftteil vorgesehenen Einlagenteile (41) sehnenartig verlaufen und daß der Kolbenschaft im Bereich der Bolzennaben fensterartige Einbuchtungen mit sehnenartigen Wandteilen (21) aufweist, die sich gegen die Außenseiten der sehnenartigen Einlagenteile (41) anlegen.