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Kolben.
Die Erfindung betrifft Kolben für Brennkraftmaschinen, insbesondere aus Leichtmetall, wie z. B. einer Aluminiumlegierung. Diese Werkstoffe haben eine höhere Wärmedehnungszahl als der Werk- stoff der Zylinderblocks der Maschine, der gewöhnlich aus Gusseisen besteht. Die Erfindung sieht
Mittel zum Ausgleich dieser übermässigen Ausdehnung des Leichtmetallkolbens vor.
In dem Patente Nr. 146059 ist ein Kolben beschrieben, dessen Mantel in kaltem Zustande ovale
Form hat und derart angeordnete thermostatisch Elemente besitzt, dass der Mantel bei einem An- wachsen der Temperatur zylindrische Form annimmt und so die übermässige Ausdehnung des Mantel- materials ausgleicht.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Abänderung der Bauform gemäss dem Patente
Nr. 146059 durch die Anordnung eines lotrecht im Mantel verlaufenden Schlitzes und weiterer Aus- gleichselemente. Diese Änderungen ermöglichen eine bessere Wirkung des Kolbens bei jenen Kolben- bauarten, bei denen der Kolbenbolzen in den Bolzenaugen festsitzt.
Die vorliegende Erfindung sieht auch eine verbesserte Verankerung für die Enden der Platten- teile der thermostatischen Elemente vor.
Die Erfindung ist im nachfolgenden in einer beispielsweisen Ausführungsform beschrieben.
Auf der Zeichnung zeigt Fig. 1 den Kolben in Seitenansicht, Fig. 2 zeigt die in bezug auf die
Darstellung in Fig. 1 linke Seite des Kolbens teilweise im Schnitt, Fig. 3 ist ein Schnitt nach Linie 3-3 in Fig. 2, Fig. 4 ein Schnitt nach Linie 4-4 in Fig. 1, Fig. 5 ist ein Schnitt nach Linie 5-5 in Fig. l, Fig. 6 entspricht in abgeänderter Form der Fig. 4, Fig. 7 zeigt einen Teilschnitt in einer weiteren abge- änderten Ausführungsform, Fig. 8 zeigt einen Plattenteil.
Der Kolben besitzt einen Kopf 10, der in der üblichen Weise mit Kolbenringnuten 11 versehen ist. Der Kopf ist kleiner als die Bohrung des Zylinders, um bei jeder Temperatur eine Berührung des
Kopfes mit der Bohrung zu vermeiden, und der Spalt zwischen Kopf und Zylinderwandung wird, wie üblich, durch Kolbenringe abgedichtet.
Vom Kopf 10 ausgehende Halsteile 12 tragen die mit Bohrungen 14 versehenen Kolbenbolzennaben 13. Der Mantel des Kolbens besteht aus zwei einander gegenüberliegenden Tragflächen 15 und 16, deren obere Enden vom Kopf durch Schlitze 17 getrennt sind und deren untere Enden durch bogenförmige Streifen 18 verbunden sind.
Alle bisher beschriebenen Teile bestehen aus Leichtmetall, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt, z. B. aus einer Aluminiumlegierung. Der durch die Tragflächen 15 und 16 hindurchgehende Durchmesser B-B (Fig. 4) muss bei allen vorkommenden Temperaturen der Zylinderbohrung entsprechen.
Der Mantel erhält auf irgendeine geeignete Weise, zweckmässig durch Schleifen, eine ovale äussere Form, wobei die kleinere Achse A-A des Ovals parallel zur Achse der Kolbenbolzennaben und die grössere Achse B-B senkrecht dazu verläuft.
Der fertiggestellte Mantel ist so gross zu machen, dass bei kaltem Kolben der Durchmesser B-B einen guten Sitz in der Zylinderbohrung und der Durchmesser A-A einen reichlichen Spielraum hat.
Es sind Mittel vorgesehen, die bei Anwachsen der Kolbentemperatur dem Kolben eine zylindrische
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Form geben, so dass also der Durchmesser A-A vergrössert und der Durchmesser B-B verringert wird.
Als Biegungsmittel wird ein Paar bimetallischer, thermostatischer Elemente verwendet. Jedes dieser thermostatischen Elemente besteht aus einem inneren Plattenteil 19, der aus einem Metall, z. B. Stahl, hergestellt ist, das einen niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt als das Mantelmaterial, und einem äusseren, aus dem Mantelwerkstoff geformten Teil. Bei der dargestellten Bauart umfasst der Aussenteil 20 einen Teil der Bolzennabe und die von der Bolzennabe zu jeder Tragfläche sich erstreckenden Verbindungsstege. Die Teile 19 und 20 bilden somit die Hauptstücke der thermostatischen Elemente.
Da diese thermostatischen Elemente den Werkstoff mit der höheren Wärmedehnungszahl auf der Aussenseite haben, wird sich bei einem Temperaturzuwachs der mittlere Teil jedes thermostatischen Elementes nach aussen in dem Masse biegen, als sich die Maschine beim Laufen erwärmt, wodurch die Bolzennaben sich voneinander entfernen und der Mantel aus der ovalen in die zylindrische Form gebracht wird. Dadurch wird eine übermässige Ausdehnung des Durchmessers B-B verhindert und ein geeigneter Arbeitsspielraum zwischen den Tragflächen und den Zylinderwandungen aufrechterhalten.
Bei Stillstand der Maschine kühlt sich der Kolben ab ; die thermostatischen Elemente verflachen sich wieder in ihre ursprÜngliche Form und die Bolzennaben nähern sich einander, wodurch der Durchmesser B-B in seinem richtigen Arbeitsspielraum gehalten und ein Kolbenklopfen beim nächsten Anlassen des kalten Motors verhindert wird.
Die beschriebene Arbeitsweise des Kolbens ist selbstverständlich nur dann möglich, wenn der Kolbenbolzen drehbar in die Bohrungen 14 der Bolzennaben eingepasst ist, so dass die Naben sowohl bei kaltem als auch bei warmem Kolben auf dem Kolbenbolzen frei gleiten können.
Bei manchen Kolbenbauarten jedoch wird der Kolbenbolzen in die Naben fest eingepresst. In diesem Falle darf jedoch die Pressung nur so stark sein, dass bei der Arbeitstemperatur des Kolbens infolge der stärkeren Ausdehnung der Bolzenaugen ein Gleiten derselben auf dem Zapfen möglich ist.
Wenn ein solcher Kolben nun, wie es beim bisher beschriebenen, dem Stammpatent entsprechenden, der Fall ist, keinen lotrechten Mantelsehlitz besitzen würde, so werden die Naben durch die thermostatischen Elemente auseinander bewegt, wenn der Kolben erhitzt wird. Wenn der Kolben sich jedoch abkühlt, schrumpfen die Naben auf dem Bolzen fest und kehren nicht ganz in ihre ursprüngliche Lage zurück. Hierauf erfolgt durch die weitere Abkühlung ein weiteres Ausflachen der thermostatischen Elemente, wodurch der Durchmesser B-B eingezogen wird, so dass der Kolben in kaltem Zustande nach diesem Durchmesser einen loseren Sitz im Zylinder erhalten würde, als er ursprünglich hatte.
Das Ergebnis würde ein Kolbenklopfen beim nächsten Anlassen des Motors sein.
Um dies zu verhindern, wird erfindungsgemäss ein sich in der Tragfläche 15 lotrecht erstreckender Schlitz 21 sowie Mittel zum Ausgleich der Biegungsbewegung der bimetallischen Elemente vorgesehen.
Diese Ausgleichsteile werden durch die beiden Stege 22 gebildet, von denen sich je einer von jeder Bolzennabe zu der Tragfläche 15 hin erstreckt. Da die Stege 22 im Querschnitt kleiner sind als die äusseren Stege 20 (wie dies aus Fig. 5 ersichtlich ist), so verhindern die Stege 22 nicht die Biegungsbewegung der thermostatischen Elemente, sondern verringern nur die Stärke der Biegung. Die Stege 20 und 22 sind miteinander durch Querstege 24 verbunden, die durch Öffnungen 24a der Platten 19 ragen.
Wenn daher der Kolben einer Temperatursteigerung unterworfen wird, wird der Durchmesser B-B viel weniger verringert, als es sonst der Fall wäre, und infolgedessen ist der Sitz in der Zylinderbohrung fester. Wenn der Kolben sich abkühlt, werden sich die thermostatisehen Elemente verflachen ; da aber nun die Bolzenaugen sich einander nicht nähern können, weil sie infolge ihrer stärkeren Schrumpfung auf dem Kolbenbolzen festsitzen, so werden sieh die äusseren Enden der thermostatischen Elemente 19, 20, 22 voneinander entfernen, wodurch der Schlitz 21 erweitert und somit der Mantel über dem Durchmesser B-B in voller Grösse erhalten wird.
Auf der ungeschlitzten Trag- fläche 16 verursacht das Spreizen der äusseren Enden der thermostatischen Elemente ein Hereinziehen des am Ende des Durchmessers B-B gelegenen Teiles der Tragfläche. Aber dieser Vorgang wird annähernd durch die Ausdehnung des Schlitzes 21 in der Tragfläche 15 aufgehoben. Das Endergebnis besteht darin, dass der Durchmesser B-B in der Zylinderbohrung in einem richtigen Sitz für das Arbeiten gehalten wird und kein Kolbenklopfen beim nächsten Anlassen des Motors auftritt.
Wenn man die thermostatisch Wirkung noch weiter herabzumindern wünscht, können auch die gegen die ungeschlitzte Tragfläche 15 sich erstreckenden thermostatischen Elemente kurze Aus- gleichselemente 23 (Fig. 6) erhalten, wobei sich jedes Element 23 entlang der inneren Seite der Platte 19 nur über einen Teil des Raumes zwischen der Bolzennabe und der Tragfläche erstreckt und über ein in der Platte 79 vorgesehenes Loch 24a mit dem äusseren Steg 20 in Verbindung tritt. In Fig. 6 erstrecken sich diese kurzen Teile 23 von den Naben aus, doch können sie auch, wie in Fig. 7 dargestellt, von der Tragfläche ausgehen.
Bei der dargestellten Ausführungsform geht der Schlitz 21 durch die ganze Tragfläche 15 hin- durch. Wenn ein geringeres Anwachsen des Durchmessers B-B erforderlich ist, genügt es, wenn der
Schlitz nur durch einen Teil der Tragfläche 15 hindurchgeht, indem er entweder am oberen oder unteren
Ende des Mantels beginnt.
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Der Kolben kann durch einen Steg 25 verstärkt werden, der sich von jeder Bolzennabe nach unten und aussen zu zu dem benachbarten bogenartigen Mantelstreifen 18 erstreckt. Die Stege 20 und 22 arbeiten neben ihrer Funktion als Teil der thermostatischen Elemente mit den Stegen 25 zu- sammen, um den Kolbenmantel an den Bolzennaben zu halten, indem sie eine feste, einstückige Kolbenkonstruktion bilden, die nicht von den Platten 19 abhängt, um die Teile zusammenzuhalten.
Jede Platte 19 ist, wie in Fig. 4 und 7 gezeichnet, mit mehreren Zungen 26 versehen. Jede Zunge erhält zwei Biegungen, die eine von dem Durchmesser B-B fort und die zweite auf denselben zu. Die
Platten werden in die Form eingelegt, bevor der Kolben gegossen wird, und während des Giessvorganges fliesst das Kolbenmetall um die Platten.
Infolge ihrer doppelten Biegung können die Zungen 26 mit weniger Mantelmaterial verankert werden, als wenn nur eine einzige Biegung vorhanden wäre und überdies verteilt sich der gekrümmte
Verankerungsteil auf beide Seiten in bezug auf die Mittelebene der Platte 19.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Kolben nach dem Patente Nr. 146059, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Tragflächen mit einem in Längsrichtung verlaufenden Schlitz (21) versehen ist.