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Kolben, insbesondere Leichtmetallkolben für Verbrennungskraftmaschinen.
Kolben für Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere solche Kolben, die aus Legierungen aus Aluminium und Magnesium bestehen, müssen wegen der grossen Wärmeausdehnung dieser Baustoffe mit sehr viel Spiel im Durchmesser gegenüber der Zylinderwand ausgeführt werden, um bei hoher Drehzahl und starker Erwärmung ein Festfressen zu verhüten. Dieses grosse Spiel ermöglicht es, dass der Kolben im Betriebe im kalten Zustande sich seitlich bewegen kann, u. zw. tritt diese Bewegung fast ausschliesslich senkrecht zum Kolbenbolzen ein. Dies verursacht ein klapperndes Geräusch und bringt eine grosse Abnützung des Kolbens und der Zylinderbahn mit sich.
Am oberen Teil des Kolbens werden die Bewegungen gedämpft durch die Kolbenringe, die eine lose Verbindung zwischen Zylinder und Kolben schaffen.
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u. zw. derart, dass der Durchmesser des Kolbens senkrecht zum Kolbenbolzen grösser ausgeführt wird wie in der Richtung der Kolbenbolzenachse. Der Kolbenmantel wurde hiebei elastisch ausgeführt, so dass er bei Erwärmung sich an die Zylinderwand anpressen konnte. Diese Konstruktionen haben den Nachteil, dass sie, um ein Anschmiegen an der Zylinderwand zu gewährleisten, zu schwach ausgeführt werden müssen und trotzdem unzulässige Anpressungsdrücke an der Zylinderwand erzeugen.
Gegenstand der Erfindung ist eine Konstruktion, bei der in kaltem Zustande eine Deformation und Spannung im Kolben hervorgerufen wird, die bei Erwärmung des Kolbens verschwindet, wodurch bewirkt wird, dass das Spiel des Kolbens gegenüber der Zylinderwand senkreeht zum Kolbenbolzen für den warmen und kalten Kolben annähernd gleich bleibt.
Fig. 1 der Zeichnung zeigt einen Kolben re. in den mit konischem Gewinde ein Ring eingeschraubt ist. Das Gegengewinde im Kolben für den Ring b ist jedoch nieht über dem ganzen Umfange durchgeführt. sondern es sind Teile des Gewindes, u. zw. vollständig an den Kolbenbolzenaugen und zweckmässig teilweise auch an den Stellen senkreeht zur Kr Ibenbolzpnachse ausgefräst, so dass nur die Erhöhungen c in Fig. 5-10 stehen bleiben, die sich gegen den Ring b pressen. Die Ausfräsungen können zweckmässig auch so ausgeführt werden, dass nicht an jeder Seite wie in Fig. 5 zwei Zacken stehen bleiben, sondern nur ein einzelner Zacken bzw. eine Anlagefläche des Gewindes über einen Teil der Kolbenbreite.
Der Zweck dieser Konstruktion ist folgender : Der Kolben wird mit normalem Spiel, wie notwendig, hergestellt, und es wird der Ring b mit Hilfe des konischen Gewindes so weit eingeschraubt, dass eine Deformierung des Kolbens entsteht, wie dies in Fig. 6 schematisch in übertriebenem Masse dargestellt ist. Der Kollbendurchmesser wird dadurch in der Richtung der Achse a-a grösser wie der Richtung b-b.
Dies bringt mit sich, dass das Spiel im kalten Zustande in der Richtung a- (t zur Zylinderwand kleiner wird und damit seitliche Bewegungen des Kolbens verhindert werden. Der eingesetzte Ring b wird zweckmässig aus einem Material hergestellt, das eine geringe spezifische Wärmeausdehnung besitzt. Dadurch und auch aus dem Grunde, weil der Ring b besser belüftet ist und mit dem Kolben nur in loser Verbindung steht, wird die Ausdehnung des Ringes b kleiner sein wie die Ausdehnung des Kolbens. Zweckmässigerweise wird man den Ring aus Gusseisen herstellen, da Gusseisen die Eigenschaft besitzt, seine ursprungliche Form nicht zu ändern.
Es wird daher bei Erwärmung des Kolbens der Ring b sich von der Kolben-
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wand ein wenig ablösen, so dass der Kolben die Möglichkeit hat, in seine runde Form zurückzukehren, und er wird in heissem Zustande seine ganz normale Form annehmen und wie ein normal hergestellter Kolben arbeiten.
Es ist natürlich auch möglich, dass der Ring bei Abnutzung des Kolbens dazu benutzt werden kann, den Kolben durch Anspannen zu deformieren und ihn zur Anlage an die Zylinderwand zu bringen und auf diesem Wege die Kolben auch dann noch verwenden zu können, wenn sie bei normaler Ausführung durch zu grosses Spiel unbrauchbar wären. Die Einsetzung des Ringes muss nicht mit Gewinde erfolgen. sondern er kann auch stramm eingepresst werden, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Zweckmässigerweise können, wie gezeichnet, zwei oder mehrere Ringe oder, wie in Fig. 4 dargestellt, Stützen s verwendet werden. Die Ausführung mit Stützen, wie in Fig. 4, hat den Vorteil, dass der notwendige Druck zur Deformation des Kolbens mit kleinen Querschnitten des eingesetzten Teiles erreicht werden kann und somit die Konstruktion leichter wird.
Um die Deformation des Kolbens zu erleichtern, ist es unter Umständen zweckmässig, die untere Bahn des Kolbens von seinem oberen Teil zu trennen und beide können entweder fest aus einem Stück
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sich frei bewegen kann. Die Verbindung von t mit cl kann auch durch Verschrauben erfolgen, wie in Fig. 3 angedeutet.
Die Fig. 8-10 zeigen eine besondere Ausführung der Erfindung. Da bei bestimmten Materialien gegebenenfalls zu befürchten ist, dass bei Erwärmung des Kolbens die Deformation auch dann noch vorhält, wenn sich der Ring ablöst, so ist es zweckmässig, den Kolben, wie in Fig. 8 gezeichnet, so herzu- stellen, dass sein Durchmesser in der Achse des Kolbenbolzens b-b grösser ist wie senkrecht dazu in der Achse a-a. In Fig. 9 ist gezeigt, wie der Kolben im kalten, Zustande soweit deformiert wird, dass der Durchmesser a- < : grösser wird wie b-b. Fig. 10 zeigt den Kolben im warmen Zustande und es wird die durch den Ring gegebenenfalls hervorgerufene bleibende Deformation aufgehoben durch die von vornherein ovale Herstellung, wie Fig. 8 zeigt.
Die Wahl der Zacken c kann derart erfolgen, dass die Deformation des Kolbens eine für die Anlage an den Zylinder günstige Form annimmt. Die richtige Deformation des Kolbens beim Verspannen kann
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mantel unterstützt oder zweckmässig gestaltet werden.
Die Einsetzung der Deformationsteile kann zweckmässigerweise so erfolgen, dass der Kolben mit richtigem Spiel fertiggestellt wird, die Deformationsteile so hergestellt werden, dass sie in den Kolben dann genau passen, wenn er erwärmt wird. Bei der Abkühlung wird der Kolben dann in der Richtung senkrecht zur Kolbenbolzenachse grösseren Durchmesser haben wie in der Richtung der Kolbenbolzenachse. Bei Einsetzung der Stützen wird man zwischen Kolben und Stützen einen Temperaturunterschied
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erzielen und das elastische Nachgeben der Verspannungsteile auszugleichen.
PATENT-ANSPRUCHE :
1. Kolben, insbesondere Leichtmetallkolben für Verbrennungskraftmaschinen mit Einrichtung zum Verhindern des Klappeins durch Vergrösserung des Kolbendurchmessers senkrecht zur Kolbenbolzenachse, dadurch gekennzeichnet, dass in den Kolben ein oder mehrere Ringe (b) oder Stützen (s) eingesetzt sind, die an gegenüberliegenden Teilen des Kolbenmantels angreifen, wodurch der Kolben eine umunde Form erhält, die bei Erhitzung des Kolbens verschwindet.