DE1216631B - Ovaler Leichtmetallkolben mit regelnden Einlagen - Google Patents

Description

• Ovaler Leichtmetallkolben mit regelnden Einlagen Die Erfindung bezieht sich auf einen ovalen Leichtmetallkolben für Verbrennungskraftmaschinen mit regelnden Einlagen aus Werkstoffen kleiner Wärinedehnung, wobei die Regelglieder paarweise beiderseits der Bolzenaugen auf der Innenseite des Kolbenschaftes angeordnet sind und im Bereich der Laufflächen einen Abstand voneinander haben, der etwa einer Regelgliedlänge entspricht.
• Für Motoren mit hoher Laufruhe werden heute fast ausschließlich Kolben verwendet, bei welchen Ringe oder Streifen aus Metall kleiner Wärmedehnüng, wie z. B. Eisenwerkstoffe, so eingebaut werden, daß der Kolbemnantel bei Temperatureinwirkung in bestimmter Weise verformt wird. Es sind verschiedene Systeme bekannt, welche eine geeignete Verforinung der Mantelwand ergeben. Kolben nach den angegebenen Konstruktionsrichtlinien werden zum Teil stark oval gefertigt, wobei die Durchmesser des Schaftes in Nabenrichtung bis zu 0,5 mm kleiner gehalten werden als in Richtung der Laufflächenseite. Bei Erwärmung des Kolbens wird dann der Kolbenschaft durch die regelnden Einlagen kleinerer Wärmedehnung aus seiner ovalen Herstellungsform heraus in eine runde oder nahezu runde Form übergeführt. Damit wird das größere Wärmewachstum des Kolbens aus Leichtmetall einseitig in die Nabenrichtung eingelenkt, während das Wärmewachstum des Kolbens in der Laufflächenrichtung zurückgehalten wird, indem es möglichst dem Wärmewachstum des eisernen Zylinders, gemäß seiner etwas kleineren Betriebstemperatur, gemessen an der des Kolbens, entspricht.
• Bei Kolben nach dem genannten Prinzip, welche die Verformung des Schaftes mit innenliegenden halbkreisförmigen Streifen aus Stahl, die mit ihrem Mittelpunkt in der Bolzenachse liegen, verwirklichen, entstehen Bimetallkörper, welche die Mantelwand bei Erwärmung krümmen. Die Bimetallglieder mit der Nabe als Mittelpunkt führen dabei jeweils eine zangenartige Bewegung aus. Da andererseits die schaftverformenden Kräfte der beiden Bimetallglieder groß sind, wird der Metallstreifen kleinerer Wärmedehnung in kastenarti - ge Rippenkonstruktionen eingebettet, welche die bimetallische Verformung der Glieder in vorbestimmter Weise bremsen und ausregeln sollen. Dies ist um so notwendiger, als die dünne Mantelwand der Tragfläche, die sich auf der Druck- und Ge-endruckseite jeweils zwischen den Bimetallkörpern befindet, jenen bei ihrem Verformungsbestreben nicht genügend Widerstand entgegensetzt. Es besteht immer die Gefahr, daß die beiden Bimetallglieder durch ungenaue Fertigung CD oder durch Gußvorsätze. ungleich verformen. Das je- weilige dünne Mantelwandstück auf der Druck- und Gegendruckseite zwischen den beiden bünetallischen Gliedern kann dann die ungleiche Verformung der beiden Bimetallglieder nicht mehr ausgleichen. Es entsteht daher ein unsymmetrischer Kolbenschaft, der mangelhaftes Laufverhalten zur Folge haben kann.
• Aus der USA.-Patentschrift 2 238 087 ist auch schon ein Kolben bekannt, dessen regelnde Einlagen im wesentlichen an der inneren Mantelwand in Laufflächenge,gend vorgesehen sind. Sie erstrecken sich in Umfangsrichtung von Bolzenauge zu Bolzenauge, in denen sie verankert sind. Was sie darüber hinaus besonders kennzeichnet, ist eine mittige Längsteilung in axialer Richtung. In der Teilungsgegend ist das Kolbenmaterial nach innen verdickt, um auch hier eine Verankerung der regelnden Einlagen analog zu den Bolzenaugen vornehmen zu können. Bei dieser Kolbenkonstruktion entsteht ein kritischer Punkt der Regelung mitten in der Laufflächengegend, der es in der Praxis äußerst schwierig macht, hier eine kontinuierliche Regelung zu erzielen.
• Schließlich ist noch in der österreichischen Patentschrift 157 035 ein ovaler Leichtmetallkolben beschrieben und dargestellt, der paarweise beiderseits der Bolzenaugen auf der Innenseite aufliegende Schwermetalleinlagen aufweist.
• Da in den heutigen Motoren die Hubraumbelastung nach Mitteldruck und Drehzahl immer wieder gesteigert wird und gleichzeitig an Lebensdauer, Laufruhe und Abdichtung der Kolben immer höhere Ansprüche gestellt werden, müssen die Kolben auf das feinste abgestimmt werden, wenn sie den an sie gestellten Ansprüchen gerecht werden sollen. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Forderungen zu erfüllen. Zur Lösung dieses Problems wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Schaftwand in den zwischen den Regelgliedern verbleibenden Laufflächenbereichen wesentlich dicker bemessen ist als in den als Anlageflächen für die Regelglieder dienenden Bereichen.
• Der erfindungsgemäße Kolbenschaft ist insofern grundsätzlich entgegen den bislang gebräuchlichen Baufonnen gestaltet, als der Kolbenschaft auf seiner Druck- und Gegendruckseite, d. h. in jenem Teil des Kolbens, der in der Schwingungsebene die Anlage an den Zylinder bewirkt, schildartig verdickt ist. Hierdurch ist erreicht, daß bei der Aussteuerung des Schaftes durch die Regelglieder eine Verformung in diesen wandverdickten Bereichen nicht eintritt, sondem sie unter Beibehaltung ihrer geometrischen Form parallel zur Zylinderwand eingezogen werden, sobald der Kolbenkörper höhere Temperaturen annimmt und die vier Regelglieder durch fortschreitende Krümmung die schildartig verdickten Laufflächenbereiche nach innen ziehen. Der Kolbenschaft dehnt sich dabei in Nabenrichtung stärker aus, d. h., er lenkt seine natürliche Wärmedehnung ausschließlich in vorbekannter Weise in die Nabenrichtung um.
• Der technische Fortschritt der Erfindung ist darin zu sehen, daß bei dem Erfindungsgegenstand eine Änderung der Krümmung der Laufflächen beim Regelvorgang nicht erfolgt. Diese werden vielmehr unter Beibehaltung ihrer Form parallel eingezogen.
• Die Abbildungen veranschaulichen einen erfindungsgemäßen Regelkolben.
• Ab b. 1 zeigt einen Längsschnitt des Kolbens im rechten Winkel zur Bolzenachse; Ab b. 2 ist ein Querschnitt durch den Kolben in Höhe der Regelglieder, entsprechend dem Schnitt A-A in A b b. 1.
• Die bimetallischen Regelglieder, bestehend aus dem Teil größerer Wärmedehnung, nämlich der Mantelwand 1, und dem Teil kleinerer Wärmedehnung, nämlich dem plattenförmigen Streifen aus Schwermetall 2, sind paarweise zu beiden Seiten der Kolbenbolzennaben 3 im Kolbenschaft eines Leichtmetallkolbens angeordnet. Die Mantelwand ist ün Bereich dieser Regelglieder vergleichsweise dünn und glatt ausgeführt und weist weder quer- noch längslaufende Rippen oder Wulste auf, damit eine gleichmäßige Verfonnung durch die bimetallischen Effekte im Bereich der Regelglieder gewährleistet bleibt.
• Weiterhin sind die vier Regelglieder, bestehend aus den Teilen 1 und 2, jedes für sich unabhängig und unzusammenhängend angeordnet.
• Die Schwermetallstreifen 2 im Regelglied sind mit fensterartigen Aussparungen 4 versehen. Diese Aussparungen können rechteckig, viereckig oder runde Gestalt haben, müssen jedoch in jedem Streifen nach Gestalt und Aufteilung gleichartig sein, damit sich gleiche bimetallische Verformungen ergeben. Diese Aussparungen 4 sind mit dem Material des Kolbenmantels ausgegossen.
• Die Laufflächenseiten 5 des erfindungsgemäßen Regelkolbens sind etwa in der Breite einer Regelgliedlänge über die ganze Länge des Kolbenschaftes vergleichsweise dick ausgeführt, damit ungleiche Krümmungen in den vier einzelnen Regelgliedern ausgeglichen werden können.

Claims (1)

1. Patentanspruch: Ovaler Leichtmetallkolben für Verbrennungskraftmaschinen mit regelnden Einlagen aus Werkstoffen kleiner Wärmedehnung, wobei die Regelglieder paarweise beiderseits der Bolzenaugen auf der Innenseite des Kolbenschaftes angeordnet sind und im Bereich der Laufflächen einen Ab- stand voneinander haben, der etwa einer Regelgliedlänge entspricht, dadurch gekennz e i c h n e t, daß die Schaftwand in den zwischen den Regelgliedem (2) verbleibenden Laufflächenbereichen (5) wesentlich dicker bemessen ist als in den als Anlageflächen für die Regelglieder dienenden Bereichen (1). In Betracht gezogene Druckschriften: Österreichische Patentschrift Nr. 157 035; USA.-Patentschrift Nr. 2 238 087.