-
Kolben für Brennkraftmaschinen Die Erfindung betrifft Kolben für Brennkraftmaschinen,
bei welchen frei hängende Bolzennaben mit dem ` Kolbenboden über Stützstreben und
mit dem Kolbenschaft über Stege verbunden sind. Sie bezweckt eine besondere statisch
bestimmte Anordnung und Ausbildung dieser N.abenstützen, durch welche bei der Aufnahme
und übertragung der vom Boden und vom Schaft ausgehenden Drücke auf den Kolbenbolzen
eine Verformung bestimmter Kolbenteile verhindert oder aber auf ein Mindestmaß:
beschränkt werden soll.
-
Die Erreichung einer möglichstgeringenVerformung des Kolbens ist-
schon das Ziel bekannter Kolbenausführungen. Insbesondere bei Flugmotorkolben ist
die Vermeidung von Verformungen von großer Wichtigkeit. Bei Durchbiegung des Kolbenbodens:
wird die Kolbenringzone in Mitleidenschaft gezogen, und so wird das einwandfreie
Arbeiten der Kolbenringe beeinträchtigt. Außerdem bedingt die Verformung des Kolbenschaftes
.ein zusätzliches Laufspiel, durch das die Laufruhe und Lebensdauer des Kolbens,
ferner der Zylinderverschleiß, und der ölverbrauch ungünstig beeinflußt werden.
-
Diese Nachteile sollen .gemäß der Erfindung durch eine neuartige Gestaltung
der Teile vermieden werden, die zur Aufnahme im Betrieb auftretender Kräfte bestimmt
sind, nämlich der Kolb.enbodenabstützung in Verbindung mit der Nabenabstrebun.g
und der Kolbenschaftabstützung.
-
Um den auf den Kolbenboden wirkenden Explosionsdruck möglichst gleichmäßig
auf die Bolzennaben zu übertragen und gleich-2.eitig einen Teil der Verbrennungswärme
nach dem Kolbenhohlraum hin abzuleiten, sehen bekannte Kolbenausführungen eine Abstützung
des Bodens in Form eines runden oder ovalen Ringkörpers vor. Die Unterstützung des
Kolbenbodens sowie die Kraft- und Wärmeableitung vom Kolbenboden zu den Naben sind
jedoch hierbei in bezug auf die gesamte
Kolbenbodenfläche noch nicht
einwandfrei, außerdem bringen solche Ringkörper auch eine unliebsame Ge-,vichtsvermehrung
des Kolbens mit sich.
-
Gemäß der Erfindung werden diese Nach teile dadurch vermieden, daf,
von den Bolze nahen zum Kolbenboden sich erstreckende` Stützstreben im Bereich der
Schwerpunkte von die Kolbenfläche gleichmäßig aufteilenden Kreissektoren angreifen,
und daß die Schmalseiten der Stützstrebepquerschnitte in Bolzenachsrichtung angeordnet
sind.
-
Die wahlweise entsprechend kleineren oder größeren Kolbendurchmessern
vorgesehenen vier, sechs, acht oder mehr Unterstützungen werden je hälftig den Bolzennaben
zugeordret. Da für die Abstützungen auch die gleichen Querschnittsbemessungen vorgesehen
sind, erfolgt die axiale Verformung der Stützen bz@c. Streben unter der Druckbean=
sprucheng glcicliiliäßig, und dadurch fällt die Bodenverformung so bering aus, daß
sie keine Betriebsstörungen oder Betriebsnachteile hervorrufen kann.
-
Durch rlie weitere Maßnahme, die Schmalseiten der Stützstr ebenquerschnitte
in Bolzenachsriclitung anzuordnen, «werden die Streben in der Richtungsebene der
vom Pleuel aus wirkenden Kräfte, d. h. senkrecht zur Kolbenbolzenaclise, biegungssteif.
Diese Wirkung wird noch dadurch erhöht, daß die Streben gegen den Kolbenboden hin
eine breit ausladende Gestaltung erhalten. Dadurch wird eine einwandfreie und unmittelbare
überleitung der Gasdruckhälfte über die Bolzennahen und den Kolbenbolzen zur Kurbelwelle
gewährleistet. In Richtung der Bolzenachse sind die Streben dagegen weniger biegungssteif,
damit etwa auftretende Seitenkräfte keine ungünstigen Rückwirkungen auf den Kolbenboden
ausüben können. Es ist weiterhin- vorgesehen, die Bolzennaben möglichst in nächster
Nähe der Flächenschwerpunkte je eines halben Kolbenbodens zu rücken, damit die schädlichen
Kräfte möglichst kleine IIebclarme finden.
-
Damit die auf die Schafttragflächen wirkenden Seitenkräfte keine Verformungen
hervorrufen können, die den betriebssicheren Lauf des Kolbens im Zylinder beeinträchtigen
könnten, ist es üblich, die Tragflächen mit den Bolzeiinaben durch stützende Stege
zu verbinden. Diese Stege wurden seither entweder parallel zu den Nabenendflächen
geführt, so daß sie nahezu senkrecht auf die innere Mantelwandung auftreffen und
dadurch als starre Versteifung wirken, oder man ordnete die Stege derart bogenförmig
an, daß sie nur in bezug auf einen Teil der Tragflächen eine gewisse Federungsmöglichkeit
beließen. Als Folge hiervon ergaben sich bei solchen Kolbenkonstruktionen an den
Stellen der Verbindung zwischen den Stegen und f, den Schafthälften während des
Betriebes un-A UnstIge Druckverhältnisse und dadurch Verleißstellen, die unbedingt
vermieden wermüssen.
-
Diese Nachteile werden nun in weiterer Ausgestaltung der Erfindung
dadurch wirksam behoben, daß die sich von den Bolzennahen zu den Manteltragfl'ichen
erstreckenden Stützstege in Stegteilwände gabeln, die bogenförmig an den Schaft
anschließen und einen oder mehrere Hohlräume einschließen. Die gegen die Tragflächenmitte
hin verlaufenden Stegteilwände bilden durch diesen Übergang in die Tragfläche mit
dieser einen Körper gleichen Widerstandes gegen Biegung. Die anderen, entgegengesetzt
abbiegenden Stegteilwände bilden dagegen eine elastische Versteifung der nichttragenden
Schaftteile. Die Stege können sich entweder nur über die Höhe des Schaftes oder
auch bis zum Kolbenboden erstrecken.
-
Der erfindungsgemäße Kolben kann sowohl durch Gießen als auch durch
Pressen hergestellr werden, und es ist möglich, mit der neuen Konstruktion bekannte
Anordnungen von Schlitzen, zusätzliche Bodenverrippungen u. dgl. zu verbinden. Ferner
ist es möglich, einen Kolben nach der Erfindung als Zlveimetallkolben zu gestalten.
In diesem Fall könnten für den Kolbengrundkörper verhältnismäßig dünne Wandungen
vorgesehen sein, auf die in bekannter Weise ein aus verschleißfestem Werkstoff bestellender
Laufmantel aufgebracht wird, der gegebenenfalls mit nach innen gerichteten, nabenartigen
Ansätzen zur Ergänzung der frei hängenden Naben des Kolbengrundkörpers versehen
sein kann.
-
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
-
Abb. i zeigt einen Kolben im Längsschnitt nach Linie A-A der Abb.
2, bei welchem vier Bodenunterstützungen vorgesehen sind.
-
Abb. 2 ist ein Querschnitt nach Linie B-B der Abb. i.
-
Abb.3 stellt den Längsschnitt nach Linie C-C der Abb. 4 mit sechs
Bodenunterstützungen dar, und Abb. ¢ zeigt den Querschnitt des Kolbens nach Abb.
3 nach Linie DL-D@.
-
Abb. 5 und 6 zeigen im Längs- und Querschnitt einen erfindungsgemäßen
Kolben in Zweimetallausführung, wobei der Schwermetalimantel nabenförmige Ansitze
aufweist.
-
Abb.7 und 8 zeigen im Längs- und Querschnitt den erfindungsgemäßen
Kolben in Zweirnetallausführung, wobei der Schwermetallschaftteil ohne Nabenansatz
vorgesehen ist.
Der Kolbenboden i (Abb. r und 2) weist in den Schwerpunkten
S1, S°, S3 und S4 der Bodenflächenviertel b'zw. Sektoren vier Bodenunterstützungen
auf, von denen je zwei als Stützstreben 2 zu einer der Bolzennaben 3 führen.
Von den - Naben 3 erstrecken -sich zum Schaft ¢ nach beiden Seiten Stege 5, -die
sich vor der Schaftinnenwand in je zwei bogenförmig verlaufende Stegwände 6 und
7 gabeln und einen oder mehrere Hohlräume 8 einschließen. Bei dem gezeichneten Beispiel
erstrecken sich diese Stege nur über die Höhe des Kolbenschaftes. Die Naben 3 sind
so angeordnet, daß sie möglichst nahe in den Bereich der Schwerpunkte S der beiden
Kolbenbodenflächenhälften gelangen. Die in Bolzenachsrichtung zum Zweck der Erzielung
einer gewissen Elastizität schmal gehaltenen Stützstreben 2 verlaufen in Richtung
auf den Kolbenboden breit ausladend.
-
Bei der Kolbenausführung nach den Abb.3 und q. sind sechs Bodenunterstützungen
in Form von Stützstreben 2 - vorgesehen, von denen sich je drei zu den Bolzennaben
3 :erstrecken. Die. Anordnung der Naben in bezug auf die Schwerpunkte-S der gesamten
Abstützung ist in gleicher Weise wie bei dem in den Abb. i und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel
vorgesehen, und die Stützstreben 2 sind nach dem Kolbenboden i zu breit ausladend
geführt. Unterhalb der Bolzennaben 3 ist im Schaft eine Ringnut 9 zur Aufnahme eines
ölabstreifringes vorgesehen.
-
Die Kolben nach den Abb. 5 bis 8 sind als Zweim.etallkolben ausgebildet.
Der vorzugsweise aus verschleißfestem Werkstoff bestehende Schaftteil i o kann dabei
nabenartige Ansätze i i aufweisen, welche die Naben 3 des Kolben,grundkö.rpers ergänzen.