DE517122C - Kolben aus Leichtmetall, bestehend aus einem Kopf und Mantelflaechen, die auf dem groessten Teil des Kolbenumfangs voneinander getrennt und lediglich durch Halsteile verbunden sind - Google Patents

Description

Bei Leichtmetallkolben, bei denen die Kolben aus einem Werkstoff mit größerem Ausdehnungskoeffizienten als dem des Zylindermetalls hergestellt sind, ist die Regelung der Ausdehnung dieser Kolben erforderlich. Diese Regelung findet am wirksamsten durch an sich bekannte zwischen den Mantelflächen sich erstreckende Versteifungen statt, welche aus einem Werkstoff mit geringerem Ausdehnungskoeffizienten als dem des Kolbenmetalls bestehen und zwischen den sich gegenüberliegenden Mantelflächen eines Kolbens angeordnet sind, wobei die Mantelflächen auf dem größten Teil des Kolbenumfangs voneinander getrennt sind und lediglich durch Halsteile verbunden sind. Durch die gemäß der Erfindung erfolgende Regelung der Ausdehnung wird erreicht, daß sowohl beim wenig erhitzten Kolben, wie er in der Anfangslage des in Betrieb befindlichen Motors vorhanden ist, eine dichte und nichtklappernde Lage des Kolbens gesichert bleibt, und weiter, daß auch bei höherer Tourenzahl des Motors entsprechend einer stärkeren Erhitzung des Kolbens immer die geeignete! Anpassung an den Zylinderblock, in dem der Kolben geführt wird, bestehen bleibt, indem die Distanzstücke oder die besondere Ausbildung der Kolbenmantelteile auf diese Wärme-Verhältnisse abgestimmt sind.

Kurz zusammengefaßt handelt es sich also um folgende Vorteile: Die Herstellung des Kolbens aus Leichtmetall vermindert das hin und her gehende Gewicht, so daß die Maschine dadurch mit viel größerer Geschwindigkeit ohne übermäßige Schwingungen arbeiten kann. Die Vorteile einer mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden Maschine sind bekannt.

Die Leichtmetalle haben auch bessere wärmeleitende Eigenschaften, so daß daraus hergestellte Kolben die durch die Verbrennung erzeugte Hitze schneller an das Kühlmittel abgeben.

Es besteht nun die Gefahr bei diesen Leichtmetallkolben, daß sie vor dem Heißwerden des Motors klappern werden, weil sie, wenn sie genau in derselben Weise wie gewöhnliche Gußeisenkolben ausgeführt sind, wegen ihres hohen Ausdehnungsgrades sehr lose im Zylinder eingepaßt werden müssen.

Gemäß der Erfindung ist es jedoch durch die Anwendung von Stahlversteifungen möglich, die Kolben in kaltem Zustand sehr eng anzupassen und dadurch das Klappern ganz-Hch auszuschließen. Gleichzeitig laufen sich die Kolben aber auch nicht fest, wenn der Motor heiß wird.

Der Erfindungsgedanke besteht insbesondere darin, daß die den Abstand zwischen

den sich gegenüberliegenden Manteltragflächen regelnden Versteifungen paarweise angeordnet und von plattenartiger Gestalt sind und sich gänzlich über den Bolzenaugen der Halsteile befinden.

In der Zeichnung sind einige Ausführungsformen veranschaulicht, und zwar stellt Abb. ι eine Ansicht eines Kolbens dar. Abb. 2 ist eine Ansicht, teilweise im Schnitt im rechten Winkel zu Abb. 1. Abb. 3 ist ein Mittelschnitt im rechten Winkel zu Abb. 2, Abb. 4 ein Querschnitt des Kolbens, Abb. S ein Querschnitt einer anderen Ausführungsform und Abb. 6 ein Querschnitt einer weiteren Ausführungsform. Abb. 7 ist ein senkrechter Schnitt durch einen Kolben in anderer Ausführungsform. Abb. 8 ist eine Ansicht desselben, teilweise im Schnitt im rechten Winkel zu Abb. 7, und Abb. 9 ist eine Einzelao ansicht der bei der vorerwähnten Ausführungsform angewendeten Versteifung.

In der Zeichnung bezeichnet 10 einen Kolbenkopf, der von beliebiger Form sein kann; an den Kopf schließen sich die Halsteile 11 «5 an, welche die Bolzenaugenlappen enthalten. Die Halsteile 11 sind in einem Stück mit dem Kopf ι ο und dem Mantel 12 gegossen, der jedoch von den Halsteilen ii und dem Kopf 10 getrennt ist, mit Ausnahme an jedem unteren Halsteilende, wo der Mantel 12 und die Halsteile ι1 noch aus einem zusammenhängenden Stück bestehen oder auf andere Weise, wie bei 13 gezeigt, fest miteinander verbunden sind. Die Verbindung zwischen dem Kopf I ο und den Halsteilen 11 ist durch eine Rippe 14 (außen) und eine Rippeis (innen) verstärkt. Diese beiden Rippen bilden zusammen ein Stück, das sich, in der Längsrichtung zum Bolzenaugenlappen im Halsteil 11 unmittelbar über der Bolzenaugenlappenachse erstreckt, wodurch eine starke Stützung vom oberen Ende des Kopfes 10 zum Halsteil 11 geschaffen ist. Eine ähnliche Rippe 16 erstreckt sich von dem unteren Halsteil nach Ί5 dem unteren Mantelteil 12 und geht in einen Steg 17 (Abb. 3) über, um die Verbindung zwischen dem Bolzenaugenlappen und dem Kolbenmantel zu verstärken. Zur weiteren Verstärkung des oberen Endes des Mantels 12 ist ein Paar Versteifungen 18 aus einem Werkstoff, z.B. Stahl, der sich verhältnismäßig wenig im Vergleich zu dem Material der übrigen Kolbenteile ausdehnt, angeordnet. Die Versteifungen 18 können, wie aus Abb. 4 ersichtlich, an den Enden abgebogen, sein, um sie in Vorsprünge des Mantels 12 einzubetten. Jede Versteifung 18 kann auch in ihrem Mittelteil mit einer Einbuchtung 19 oder einer anderen Unebenheit versehen sein; mit der sie in dem Bolzenaugenlappen oder in einem damit fest verbundenen Teil eingebettet ist, um mit dazu beizutragen, daß die Halsteile 11 und die Mantelteile 12 in richtiger Lage zueinander gehalten werden.

Die zwangläufige Regelung der Ausdehnung im unteren Mantelteil ist von geringerer Bedeutung; dies geschieht gemäß, der Erfindung _ nicht durch Versteifungen, weil dadurch die Bauart unnötig erschwert werden würde. Dieser Teil des Mantels 12 kann zu einer ovalen Form geschliffen werden, damit das Metall unter den Bolzenaugenlappen sich ausdehnen kann. Es können auch andere Mittel angewendet werden, um eine Ausdehnung zu ermöglichen, z. B. Anordnung von Schlitzen 19', die sich von dem unteren Ende des Mantels 12 aufwärts erstrecken. Die Temperatur des unteren Mantelteiles 12 ist niedrig im Vergleich zu anderen Teilen des Kolbens, und der Druck am unteren Mantel ist daher auch verhältnismäßig gering. Wenn Schlitze angewendet werden, so erstrecken sich diese zweckmäßig bis ungefähr zur Hälfte des Mantels hinauf. In einigen Fällen sind keine Schlitze oder Unterbrechungen am unteren Mantelteil nötig, da nur ein kleiner Teil der Wärme des Kolbenkopfes

10 nach dem Mantel 12 gelangen kann; der Spielraum kann am oberen Mantelende so eng gemacht werden, daß am unteren Mantelende .ein etwas größerer Spielraum ermöglicht wird. In dem Falle ist der Mantel 12 ohne Schlitze oder Vorsprünge konisch ausgebildet

Ob der untere Mantelteil einen vollständigen Kreis bildet oder durch Schlitze 19' unterbrochen ist, immer wird die allgemeine Form die eines Kreisringes mit aufwärts gerichteten Mantelflächen sein, die durch Hohlräume getrennt sind, welche, wie aus den Abbildungen ersichtlich, breiter sind als die Halsteile 11.

In der Ausführungsform gemäß Abb. 5 sind die Versteifungen 20 gekrümmt. Bei dieser Form biegen sich die Versteifungen, da der Kopf 10 bei seiner Ausdehnung die Halsteile

11 nach außen drückt; die Versteifungen 20 sind aber derart ausgebildet, daß sie der Auswärtsbewegung der Mantelflächen 21 widerstehen und somit bewirken, daß die Ausdehnung des Mantels sehr gering ist.

Die Ausführungsform gemäß Abb. 6 ist ähnlich wie die in Abb. 5 gezeigte, nur mit der Abweichung, daß die Versteifungen 22 in winkliger Form mit einem geraden, in den Halsteilen eingebetteten Teil und mit geraden Teilen im Winkel zu dem erstgenannten Teil ausgebildet sind, welche von den Halsteilen 11 zu den Mantelflächen 23 sich erstrecken. Die Wirkungsweise ist ähnlich wie die bei der Anordnung gemäß Abb. 5.

Die in den Abb. 7, 8 und 9 gezeigte Bau-

art stellt eine andere Ausführungsart zur Befestigung des unteren Mantelteiles an dem unteren Teil der Halsteile dar. Die Rippe 13' erstreckt sich stegartig seitwärts, wodurch die Rippe 16 und der Steg 17 gemäß Abb. ι sich erübrigen. Diese Ausführungsform zeigt auch eine anders gestaltete Versteifung 18', die die Bolzenaugenlappen umhüllt. Die Form der Versteifung kann je nach den Kolben von verschiedenen Abmessungen leicht abgeändert werden. Um den unteren Mantelteil zu schwächen, ist der Schlitz ig", der sich bis fast zu der oberen Kante des 'Mantels erstreckt, nur an einer Seite des Mantels vorgesehen.

Wie deutlich aus den Zeichnungen ersichtlich, ist an den oberen Enden der gegenüberliegenden Hauptmantelflächen eine nach innen gerichtete Rippe 25 vorgesehen, die zur weitereii Verstärkung dieser Mantelflächen dient. Durch diese Rippe wird jedes in der Mitte der Mantelflächen auftretende Bestreben, der Druckbelastung nachzugeben, verhindert, und die Mantelflächen werden in der richtigen Rundung zwecks gleichmäßigen Anpassens an die Zylinderwandung gehalten.

In den gezeigten Ausführungsbeispielen können verschiedene Änderungen vorgenommen werden, ohne daß man sich von dem Erfindungsgedanken entfernt.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   i. Kolben aus Leichtmetall, bestehend aus einem Kopf und Mantelflächen, die auf dem größten Teil des Kolbenumfangs voneinander getrennt und lediglich durch Halsteile verbunden sind, und bei dem der Abstand zwischen den sich gegenüberliegenden Manteltragflächen durch zwisehen denselben sich erstreckende Versteifungen bestimmt wird, die aus einem Werkstoff mit einem geringeren Ausdehnungskoeffizienten als dem des Mantelrohstoffes gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die den Abstand bestimmenden, paarweise angeordneten Versteifungen (18) von plattenartiger Gestalt gänzlich über den Bolzenaugen der Halsteile (11) liegen.
2. 2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifungen (18) mit von dem Werkstoff der Halsteile umschlossenen Vorsprüngen (19) versehen sind.
3. 3. Kolben nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (19) durch parallel zur Kolbenachse verlaufende Einbuchtungen der Versteifungen i'18) gebildet sind.
4. 4. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Mantel mit dem unteren Ende jedes Halsteiles ver-· bindende Rippe (13'j stegartig oberhalb des einen geschlossenen Ring bildenden Mantelendes die sich gegenüberliegenden Manteltragflächen verbindet.
5. 5. Kolben nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Manteltragflächen an ihren dem Kopf zugewendeten Enden eine nach innen gerichtete Rippe (25) haben.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen