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Leichtmetallkolben@mit Kolbendichtung durch ein- oder mehrteilige,
aus zwei verschiedenen Werkstoffen bestehende. Kolbenringe . Bei, hoher Wärmebeanspruchung;
vor allem in Dieselmaschinen, neigen die Kolbenringe oft zum Festbrennen. N:amentlich
trifft dies bei, dem Ring zu, der dem Kolbenboden ,am nächsten liegt. Die Ursache
des Festbrennens st darin zu suchen, daß. sich auf den Schulterflächen des Ringes
und an den Kolbennutwänden mit verbranntem Öl vermischte Verbrennungsrückstände
absetzen; die das vorgesehene Spiel unterbinden. Das Festbrennen wird dadurch noch
gefördert, daß. das Spiel des Ringes in der Nut im kalten Zustand festgelegt wird.
Bei Belastung des Motors ändert sich durch die Er«-ärmung das Spiel dadurch, daß
sich der Leichtmetallkolben stärker ausdehnt als der Kolbenring. In das dadurch
erweiterte Nutenspiel können sich die Rückstände von Brennstoff und Schmieröl. festsetzen.
Beim Erkalten des Kolbens und der Ringe wird nun der Ring festgeklemmt, weil er
durch die erwähnten Rückstände gewissermaßen stärker geworden ist; als es der Kolbennuthöhe
entspricht. Die ,abgesetzte Öl-,
kohle wird dadurch außerdem noch fest zusammengepreßt
und bietet bei neuer Erwärmung des Kolbens und der Ringe die Grundlage für wiederholtes
Absetzen neuer Ölkohle, wenn sie nicht bereits bei der ersten Zusammenpress.ung
zum Kleben des Ringes in der Nut führt.
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Man hat .schon versucht, diesem Umstand durch Vergrößerung des Spiels
zwischen Nut und Ring Rechnung zu tragen. Man hat aber dadurch das Festbrennen höchstens
etwas hinaus.schieben können.
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Die Erfindung beruht nun auf der Erltenntnis; daß das Spiel zwischen
Kolbenring und Kolbennut in der Betriebswärme möglichst klein sein soll, um das
Absetzen von Ölkohle zu verhindern, und beim Wiedererkalten größer statt kleiner
werden muß, um das Zusammenpressen etwa doch abgesetzter Rückstände zu
verhindern.
Demnach soll der Kolbenring sich in der Wärme stärker ausdehnen als der Kolben.
Es sind zwar bereits Kolbenringe z. B. aus Kupfer oder Bronze bekannt, die sich
in der Betriebswärme stärker ausdehnen als der sie aufnehmende Gußeisenkolben. Teilweise,
beispielsweise 'bei Kolbenringen mit einer spannungerzeugenden Einlage aus einem
Metall mit größerem Wärmeaus,dehnungskoeffizienten, wurde diese stärkere Wärmeausdehnung
auch bewußt herbeigeführt, um einen, größeren radialen Anpreßdruck des Kolbenrings
gegen die Zylinderwand im Betrieb zu ' erreichen. Das setzte aber regelmäßig ein
Festklemmen des Kolbenrings im Kolben geradezu voraus, da sich sonst die Wärmeausdehnung
des Kolbenrings nicht in der gewünschten radialen ` Richtung ausgewirkt hätte; eine
Lösung für das Festbrennen normaler Kolbenringe in den Kolbennuten war damit jedenfalls
nicht gegeben. Das gleiche gilt von bekannten Flachdichtungsringen aus zwei verschiedenen
Stoffen, von denen der eine sich unter dem Einfluß der Betriebswärme stärker ausdehnte
als der andere und dadurch eine verstärkteAnpressung der Dichtung an die Dichtflächen
erzeugte, sowie von mehrteiligen Kolbenringen, 'bei deneneinezwischen die Kolbenringteile
geschaltete Feder diese Teile axial fest an die Kolbennutwände preßte. Auch durch
diese Mittel wurde die erwünschte radiale Beweglichkeit der Kolbenringe, deren Sicherung
das Ziel der vörliegendenErfindung ist, unterbunden; es wurde . also eine erhöhte
Dichtwirkung an den Schulterflächen auf Kosten der Laufflächenabdichtung erzielt.
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Erfindungsgemäß wird nun für Leichtmetallkolben .eine Kolbendichtung
vorgeschlagen, die im kalten Zustand des Kolbens und der Ringe mehr Spiel hat als
im Betriebszustand, also bei Erwärmung, ohne. daß je-
doch die radiale Beweglichkeit
der Ringe in der Wärme aufgehoben wäre. Der Erfindungsgedanke wird dadurch verwirklicht,
daß die Kolbenringe aus Gußeisenkörpern mit Einlagen aus einem Werkstoff höhererWärmeausdehnung
als dem des Kolbens bestehen und das Spiel zwischen Kolbenring und Kolben
in. kaltem Zustand so groß gewählt ist, daß es in der Betriebswärme infolge
der verschiedenen Wärmeausdehnung von Kolbenring und Kolben nahezu, aber nicht ganz
vers c hwindet. Es ist für die Erfindung C, gleich- ZD gültig, welche Form die Einlagen
haben und ob sie mit dem Kolbenringkörper fest verbunden sind. Der Erfindungsgedanke
ist z. B. auch durch zwei ineinandergefügte L-förmige Dichtungsringe ausführbar,
die einen im Querschnitt rechteckigen Ring einschließen, -wenn der im Querschnitt
rechteckige fing aus einem Bimetallstreifen aus zwei den Schulterflächen der Dichtun
.garinge gleichgerichteten Schichfen besteht, sich in der Betriebswärme wellt und
dadurch die axiale Höhe-der Kolbendichtung bis nahezu zur Ausfüllung der Kolbennut
vergrößert. Es sind bereits derartige mehrteilige Kolbenabdichtungen bekannt, bei
denen aber der von den L-förmigen Dichtungsringen eingeschlossene rechteckige Hilfsring
innenspannend war, um das weitere Durchschlagen der hinter den oberen L-Ring gelangenden
Gase zu verhindern. 'Eine Vergrößerung der Axialhöhe der Kolbenabdichtung in der
Betriebswärme wurde 'bei dieser bekannten Anordnung nicht erreicht.
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In der Zeichnung ist der Erfindungsgedanke .erläutert. Abb. ia und
i b zeigen die bisherigen Ausdehnungsverhältnisse; Abb.2a und 2b zeigen die Ausdehnungsverhältnisse
bei Anwendung des Erfindungsgedankens. Abb.3 und q. zeigen zwei Ringzusammenstellungen,
.mix denen der Erfindungsgedanke ausführbar ist In den Abb. i und 2 sind der Kolben
mit i und die Kolbenringe mix 2 und 3 bezeichnet. Die Abb. ia und 2a zeigen übertrieben
das Spiel der Ringe in der Kolbennut ¢ -des Kolbens i im kalten Zustande. Das Spiel
bei der bisherigen Anordnung (Abb. ia) ist --kleiner als das nach dem Vorschlag
der Erfindung (Abb.2a). Die Verhältnisse im Betriebszustande sind durch die Abb.
ib und 2b dargestellt. Der Kolben i und damit auch- die Kolbennut q. sind bei den
bisherigen Verhältnissen nach Abb. i b stärker gewachsen als der Ring 2; das Spiel
ist also größer geworden als im kalten Zustande nach Abb. i a. In Bild 2b ist zwar
der Kolben i mit seiner Nut q. um den gleichen Betrag gewachsen wie im Falle i b,
jedoch ist der .Ring 3 gemäß der Erfindung, weil .er sich bei Erwärmung mehr ausdehnt
als der Kolbenwerkstoff, bedeutend mehr gewachsen als der Ring 2 im Falle i b. Das
Spiel ist im Betriebszustand (Abb.2b) kleiner als im kalten Zustand (Abb. 2a). 01-kohle
kann sich kaum festsetzen, jedenfalls bedeutend -weniger als im Falle ib. Die dennoch
etwa abgelagerte geringe Menge ölkohle wird beim @Wiedererkalten nicht zusammengepreß.t,
weil das Spiel ja wieder größer itird (Abib. 2a). Im Falle der Abb. i wird aber
das Spiel zwischen Kolbenring 2 und Kolben i beim Elbkühlen kleiner; der durch den.Ülkohleansatz
axial größer gewordene Ring wird in .der Nut festgeklemmt,.und die abgelagerte ölkohle
-S=ind zusammengepreßt.
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In Abb. 3 ist im Querschnitt eine Kolbenringanordnung gezeigt, die
aus zwei L-förmigen Ringen aus Gußeisen besteht, welche einen im Querschnitt rechteckigen
Ring aus
einem Werkstoff,, der größere Wärmeausdehnung hat als der
Kolbenwerkstoff; einschließen. Dieser eingeschlossene Ring 7 könnte z. B. aus einer
Leichtmetallegierung mit größerem Ausdehnungsbeiwert gefertigt sein.
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In Abb. q: ist eine aus zwei L-förmigen Ringen 8, 9 bestehende Ringanordnung
gezeigt, deren axiales Spreizen unter dem Einflug der Wärme durch einen Bimetallstreifen
io erzeugt wird, der sich in der Betriebs; wärme wirft. In den Abb.3 und q: ist
gestrichelt der Zustand im Betrieb- angedeutet.