DE1264899B - Vollschaftkolben fuer Verbrennungskraftmaschinen - Google Patents

Description

• Vollschaftkolben für Verbrennungskraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf einen Vollschaftkolben für Verbrennungskraftmaschinen, der insbesondere aus Leichtmetall besteht und der im Kolbenwerkstoff befindliche Regelelemente aufweist, um ein möglichst konstantes Laufspiel an den tragenden Flächen des Kolbenschaftes zu erzielen. In den letzten Jahren sind infolge der Entwicklung zu immer leistungsstärkeren Motoren auch die Kolben für die höheren Belastungen verbessert worden. Ein Beispiel hierfür sind die sogenannten Regelkolben, für die es im In- und Ausland zahlreiche Beispiele gibt. Da nun aber die mechanische Belastung der betreffenden Maschinen zunimmt, müssen für bestimmte Zwecke wieder die herkömmlichen Vollschaftkolben gegenüber modernen Schlitzkolben eingesetzt werden, um die rein mechanischen Kräfte sicher auffangen zu können. Ein Vollschaftkolben hat aber den Nachteil, daß er durch seine starre Verbindung zwischen Schaft und Kolbenoberteil (Ringpartie plus Boden) der Regelwirkung starken Widerstand entgegengesetzt. Naturgemäß wird der Kolben am Boden und in der Ringpartie am stärksten aufgeheizt, da diese Teile dem Verbrennungsraum am nächsten liegen. Damit tritt aber auch die stärkste Ausdehnung in diesen Bereichen auf, die sich infolge der starren Verbindung auf den Schaft überträgt.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Vollschaftkolben der eingangs genannten Art ein möglichst konstantes Laufspiel an den tragenden Flächen des Kolbenschaftes zu gewährleisten. Erfindungsgemäß wird hierzu vorgeschlagen, daß in der zum Kolbenboden hin gerichteten Kolbenhälfte hebelartige Regelelemente angeordnet sind, die parallel zur Längsachse des Kolbens ausgerichtet und in ihren Mitten drehpunktartig mit ringförmig verlaufenden geteilten oder geschlossenen Schwermetalleinlagen gekoppelt sind. Bei der Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ist die große Wärmedehnung im Kolbenkopf für die Verringerung der Wärmedehnung im Kolbenschaft herangezogen worden. Die Zahl der einzubringenden Hebelelemente kann den Anforderungen entsprechend beliebig hoch gewählt werden. Sie erfüllen den erfindungsgemäßen Zweck, die im ")berteil des Kolbens infolge des höheren Wärmeeinfalls verstärkte Wärmeausdehnung über eine schwenk- bzw. drehbare Anordnung an ihrem im Schaftteil des Kolbens liegenden Unterteil kraftmäßig zu übertragen und damit die auf den Oberteil der Hebelelemente gerichtete Kraft im Unterteil umzukehren. Damit wird der Schaft im Betrieb nach innen gezogen. Die Größe des Kräftespiels ist von dem Hebelverhältnis abhängig. Sie kann damit konstruktiv gesteuert werden.
• Unter Zugrundelegung des Hebelgesetzes kann dadurch ein kurzer, in die Ringpartie des Kolbens ragender Hebelarm des erfindungsgemäßen Regelelementes eine durch die untere Hebelplattenlänge zu steuernde entgegengesetzte Kraft auf den Schaft ausüben, so daß bei stärkerem Wärmeeinfall das Laufspiel im Schaftteil über den ganzen Betriebsbereich gleichmäßig klein gehalten wird. Die erfindungsgemäßen Hebelelemente sind zweckmäßigerweise im oberen in die Ringpartie eingegossenen Teil und im unteren in der Schaftpartie verankerten Teil so ausgebildet, daß die wirkenden Hebelkräfte ohne Schwierigkeiten einmal auf die Hebelelemente und zum anderen auf den umliegenden Kolbenwerkstoff übertragen werden können. Das kann durch rechtwinklig angesetzte Hebel oder durch rechtwinkliges Umbördeln der jeweiligen eingegossenen Enden erfolgen.
• Die als fester Drehpunkt für diese schwenkbaren Regelelemente vorgesehenen, im Kolben eingegossenen Stahlringteile, die auch als umlaufender Stahlring vorgesehen werden können, werden vorzugsweise durch je eine Aussparung in dem Regelelement geführt. Damit entsteht im Innern des Kolbens ein Drehpunkt. Er kann durch den im Kurbelgehäuse vorhandenen ölnebel geschmiert werden, wobei nur einseitige Anlage der Hebelplatten am Ringteil vorgesehen ist, das als Widerlager dient. Die bei heutigen Belastungen teilweise notwendigen Vollschaftkolben können in der Regelwirkung gegenüber Schlitzkolben dadurch verbessert werden, daß, wie oben bereits angegeben, die Anzahl der Hebelplatten erhöht und/ oder der Drehpunkt verschoben wird. Zusätzlich kann die Länge der oberen oder unteren Hebelteile variiert werden. Die über die Hebelelemente im Schaftteil nach innen gerichteten Kräfte werden noch zusätzlich erhöht durch die der Ausdehnung des Kolbens entgegengerichteten Kräfte der als Drehpunkt für die Hebelelemente dienenden Schwermetallringe. Diese Kräfte sind im Betriebszustand der Hebelwirkung zuzuzählen.
• In den Abbildungen ist die Erfindung zeichnerisch erläutert.
• A b b. 1 zeigt einen längsgeschnittenen Kolben 1 mit eingebrachten, vorwiegend eingegossenen Regelelementen 2 nach der Erfindung; A b b. 2 ist der Schnitt A-B gemäß der A b b. 1, während in A b b. 3 und 4 ein Regelelement nach der Erfindung in zwei verschiedenen Ansichten gezeigt ist.
• In dem oberen Teil des Kolbens 1 gemäß der A b b. 1 sind Regelelemente 2 in Form von Hebeln eingebracht, z. B. eingegossen. Die Regelelemente 2 sind in ihren Mitten 3 dreh punktartig gelagert und gleichzeitig gekoppelt mit einem radial umlaufenden Schwermetallring 4. Der Ring 4 kann teilweise umlaufen oder auch geschlossen ausgebildet sein. Das erfindungsgemäße Regelelement (vgl. A b b. 3 und 4) besteht aus einem Längssteg 5 und aus zwei quer dazu ausgerichteten Platten 6 und 7. Die erfindungsgemäßen Regelelemente 2 sind derart in den Kolben 1 eingebracht, daß die Längsachse des Kolbens in der Ebene der Stege 5 zu liegen kommt. Auf diese Weise können die Platten 6 und 7 die für sie bestimmten Kräfte in voller Breite aufnehmen.

Claims (3)

1. Patentansprüche: 1. Vollschaftkolben für Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere aus Leichtmetall, mit im Kolbenwerkstoff befindlichen Regelelementen zur Erzielung eines möglichst konstanten Laufspiels an den tragenden Flächen des Kolbenschaftes, dadurch gekennzeichnet, daß in der zum Kolbenboden hin gerichteten Kolbenhälfte hebelartige Regelelemente (2) angeordnet sind, die parallel zur Längsachse des Kolbens (1) ausgerichtet und in ihren Mitten (3) drehpunktartig mit ringförmig verlaufenden geteilten oder geschlossenen Schwermetalleinlagen (4) gekoppelt sind.
2. 2. Regelelement zur Verwendung in einem Kolben nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen längsverlaufenden Steg (5), an welchem in Querrichtung Platten (6 und 7) angebracht sind.
3. 3. Anordnung eines in Bolzenebene umlaufenden oder bimetallartig geteilten Stahlringes in Vollschaftkolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahlring (4) als Drehmittelpunkt für die Regelelemente (2) dient.