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Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen mit Einlagestreifen Die
Erfindung bezieht sich auf Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen mit Einlagestreifen,
die im wesentlichen symmetrisch zur Bolzenaugenachse liegen- und mit dem zugehörigen
- Mantelteil einen Bimetallhörper bilden.
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Es sind Leichtmetallkolben bekanntge-,vorden, bei denen sich ein Einlagestreifen
nur oberhalb der Bolzennaben befindet oder je ein-Einlagestreifen ober- und unterhalb
der Bolzennaben, wobei jeder dieser Einlagestreifen ixt einer Ebene senkrecht zur
Kolbenachse liegt. Die Erfahrung hat nun gezeigt, daß selbst bei stärkerer Bimetallwirkung,
besonders wenn der Kolben eine kleine Kompressionshöhe hat, also das Bolzenauge
sich sehr nahe bei den Kolbenringen befindet und somit der Bimetallstreifen nur
mehr ganz am oberen.Rande dies Schaftes angeordnet werden kann, das erforderliche
Rundwerden des oval bzw. .rund geschliffenen, jedoch längs geschlitzten Kolbenschaftes
über die ganze Länge nicht immer gelingt, vielmehr manchmal an den Diagonalen einseitig
Ausbuchtungen und Unrundwerden auftreten, da die Masse der Bolzennaben und die Verziehung
durch -den heißen Kolbenkopf, der meistens ja nur bei den Bolzennaben mit dem Schaft
in
Verbindung steht, besonders oben beiden sog. Preßecken - die
thermostatische Wirkung störend beeinflußt. Diese bekannten Einlagen erfordern im
Vergleich zur erzielten Wirkung verhältnismäßig viel Einlagenwerkstoff und verursachen
auch, erhebliche Erzeugungskosten. Es ist auch schon der Vorschlag gemacht worden,
Leichtmetallkolben so auszubilden, daß im Mäntel eine einseitig angeordnete, nur
durch einen Steg mit dem Mantel verbundene Zunge vorgesehen wird, die bimetallisch
ausgebildet ist, so daß unter der Bimetallwirkung der freie Teil der Zunge bei kaltem
Kolben nach außen gedrückt und im «armen Zustand nach einwärts gezogen wird, wobei
die Zunge entsprechend gebogen wird. Dabei tritt überhaupt keine Querschnittverformung
des Mantels und schon gar nicht eine kontinuierliche Verformung desselben ein. Es
kann nach diesem Vorschlag das Aus- und Einbiegen der Zunge daher auch ohne Bimetallwirkung
durch Wärmedehnung von mit der Zunge entsprechend verbundenen Hilfseinrichtungen
bewirkt werden.
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Erfindungsgemäß werden die Einlagestreifen bogen- oder U-förmig ausgebildet
und derart angeordnet, daß sich der Mittelteil derselben in einer anderen O_uerschnittsebene
des Kolbens befif,det als die Endteiil@e der Streifen. Vorteilhaft ist die Form
der Streifen und deren Anordnung so gewählt, daß der Bogenscheitel grundrißmäßig
in einem der Bolzenaugenquadranten liegt.
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Durch die Erfindung wird die Aufgabe gelöst, bei weitestgehender Ersparnis
von Streifenmaterial größte Gleichförmigkeit der erforderlichen Verformung des Kolbens
zu erzielen, wobei durch die Gestalt und Anordnung der Einlagestreifen die bimetallische
Wirkung überdies bevorzugt auf besondere Teile des Mantels gerichtet werden kann,
wie beispielsweise auf die sog. Freßecken, welche meistens zu beiden Seiten der
Bolzenaugen dort liegen, wo die Manteltragfläche aufhört und die bei Erwärmung durch
die eigene Ausdehnung wie auch durch die Ausdehnung benachbarter Kolbenteile, z.
B. des Bolzenlagers, gegen die Zylinderwandung gepreßt werden und an dieser reiben,
was zu Anfressungen führt. Diese Gefahr wird nun durch die Erfindung beseitigt,
indem die Einlagestreifen im Bereich der Freßecken so verlegt werden, daß sie auf
diese Ecken - eine stärkere, nach innen ziehende Wirkung ausüben als auf die den
Ecken benachbarten Partien. Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wird
demnach auf einzelne Stellen, vorzugsweise auf die Freßecken eine stärkere thermostatische
Wirkung hervorgerufen, welche jedoch an den übrigen Teilen des Kölbenmantels gleichmäßig
bleibt. .Infolgedessen können nunmehr die Freßecken bzw. andere gefährdete Stellen
in höherem Maße als bisher nachgiebig oder elastisch ausgebildet werden, um auch
bei kurzem Kolben mit besonders niedriger Kompressionshöhe die nachteiligen Einflüsse
der Bolz@enaugen auf die Wärmeverhältnisse zu beseitigen oder zu mildern. Da die
erfindungsgemäßen Einlagestreifen über einen erheblichen Bereich der Mantellänge
reichen können und dort überall eine Verstärkung des Mantels darstellen, ergibt
sich durch die Erfindung auch der Vorteil, daß die Wandstärke der Manteltragfläche
besonders dünn und daher schmiegsam gehalten werden kann.
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Die Zeichnung erläutert mehrere beispielsweise Ausführungsformen der
Erfindung, und zwar jede in drei Ansichten, wobei Aufriß und Seitenriß hälftig im
Schnitt und im Grundriß Schnitte nach zwei verschiedenen Ebenen: 1-I und II-11 gezeichnet
sind.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. i bis 3 ist der Kolbenkopf i mit
den Bolzennaben oder -augen 3 durch rippenartige Abstützungen a verbunden und vom
Kolbenmantel (Manteltragflächen) durch Querschlitze q. und anschließende Durchbrechungen
5 getrennt. Eine Verbindung zwischen dem Kopf i und den Manteltragflächen 7 besteht
daher nur über die Naben 3. Der Kolbenkörper wird zu einem thermosetischen regulierend
wirkenden Verbundkörper durch die Bimetallstreifen 6 aus Schwermetall, deren jeder
erfindungsgemäß angeordnet und ausgebildet ist. Der Streifen 6 ist bogenförmig,
wobei sich seine Mittelpartie (Scheitel) 6a oben und seine Enden 66 unten, d. h.
in einer anderen Querschnittsebene befinden. Der Scheitel 6a liegt im Grundriß innerhalb
eines der beiden strichpunktiert angedeuteten Bolzenaugenquadranten A und
A'. Da in dem gezeichneten besonderen Beispiel der Bimetallhoglen 6 symmetrisch
zur Achse a-a der Bolzenaugen verläuft, befindet sich sein Scheitel genau oberhalb
dieser Achse a-a. Im Aufriß erscheint daher 6a gleichfalls oberhalb des Auges 3,
während sich die Schenkel des Bogens längs der Tragfläche 7 des Kolbenmantels schräg
nach abwärts bis zu der die Augen enthaltenden Ringzone des Mantels erstrecken.
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Bei dieser Anordnung dehnt sich der Bimetallbogen nicht nur in einer
Querschnittsebene des Kolbens, sondern innerhalb eines Bereiches des Kolbenmantels,
der einen erheblichen Teil der Kolbenlänge einnimmt. Infolgedessen vermag dieser
Bimetallbogen zwei ringförmige Bimetallstreifen zu ersetzen, die in verschiedenen
Ouerschnittsebenen des Kolbens liegen. Dadurch, daß sich die am schwächsten wirksame
Mittelpartie des Streifens grundrißmäßig im Bereich der Augen 3
befindet,
wird die gewünschte Kreisbildung erzielt. Die Bimetallwirkung kann so stark gehalten
werden, daß insbesondere bei kleiner Wandstärke des Kolbens eine genügende thermostatische
Wirkung auch ohne Trennung der Manteltragfläche vom Kolbenkopf erzielt wird.
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Die Ausnehmung 5 am oberen Rand des Kolbenmantels, und zwar an der
sog. Freßecke 8, hat auch den Vorteil, daß sie der Freßecke eine gewisse Nachgiebigkeit
verleiht, die sich nach der elastischen Ausbildung der Ecke richtet.
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Während die Fig. i .bis 3 einen sog. glattschaftigenKol.ben zeigen,
veranschaulichen die Fig. q. bis 6 die beispielsweise- Anwendung der Erfindung bei
einem sog. Fensterkolben, also bei einem Kolben, der um die N abe 3 herum fensterartig
durchbrochen ist. Sonst stimmt die Bauweise des Kolbens in den Hauptzügen mit jener
der Fig. i und 3 überein, weshalb auch dieselben Bezugsziffern gewählt wurden. Ein
wesentlicher Unterschied besteht jedoch in der Anordnung der Bimetallstreifen 6,
die in diesem Beispiel zwar gleichfalls bogenförmig verlaufen, wobei jedoch der
Scheitel 6a in einer anderen Querschnittsebene, und zwar unterhalb der Bolzenaugen
3 liegt. Um diese Augen herum schlingen sich die Schenkel des Bimetallbogens längs
des Randes io_ _ des Fensters g, wobei die Schenkel schräg aufwärts verlaufen, so
daß sich die Enden 66 des Bogens im Bereich der Freßecken 8 des Mantels befinden.
Im Grundriß ist die Anordnung dies Bimetall;bogens, 6 die gleiche wie im Bei spiel
der Fig. i bis 3, so daß das dort Gesagte gilt. Im Aufriß dagegen nehmen die Bögen
einen viel größeren Teil der Kolbenlänge ein als in dem erstbeschriebenen Ausführungsbeispiel,
was dadurch erstrebenswert ist, um bei Kolben mit Fenster oder mit verhältnismäßig
geringer Wandstärke die richtige Kreisbildung, insbesondere an den übergangsstellen
vom Oval zum Kreis, zu erzielen. Die Anordnung des Bogenscheitels unten hat auch
den Vorteil, daß die am stärksten wirksamen Enden; 6v des Bogens im oberen Teil:
des Kot, bens liegen, also dort, wo die stärkste Wirkung erwünscht ist. Außerdem
besitzt diese Anordnung die bereits besprochene Eigenschaft, daß sie die Freßecken
hinsichtlich der thermostatischen Wirkung bei Erwärmung bevorzugt. Es sei betont,
daß bei dieser wie auch bei den anderen behandelten Ausführungsbeispielen der Erfindung
der' ganze Kolbenmantel von der Bimetallwirkung erfaßt wird. Die erhebliche Länge
der Bimetallstreifen in der Längsrichtung des Kolbens erweist sich auch als besonders
vorteilhaft, wenn man gemäß einem weiteren erfindungsgemäßen Vorschlag die eingegossenen
Zacken der Bimetalleinlage durch den Kolbenschaft nach außen durchstoßen läßt, wodurch
die Zackenenden i2 als Gleitstellen an der Mantelfläche wirken, wenn die gewöhnliche
Schmierung unzureichend oder fehlerhaft wird (N otlaufeigenschaft der Bimetallzacken).
Denn die Zahl dieser Notgleitstellen nimmt mit der Streifenlänge zu und verteilt
sich gleichmäßiger über die Kolbenlänge. Es versteht sich aber, daß die neue Maßnahme
des Durchtretenlassens der Zacken nach außen mit Vorteil auch bei den anderen beschriebenen
Ausführungsformen wie auch bei bisher bekanntgewordenen Bimetalleinlagen zur Anwendung
gelangen kann. Wird beim Gegenstand der Erfindung eine von unten nach oben sich
schlingende Bimetallstreifenanordnung gewählt, so wird die Erzeugung auch deshalb
einfacher und billiger, weil für die Streifen ein endloses, entsprechend gestanztes
Federband verwendet werden kann, das jeweils nur auf die richtige Länge abgeschnitten
und gebogen zu werden braucht.
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Die Fig. 7 bis 9 zeigen einen glattschaftigen Kolben wie in den Fig.
i bis 3 (gleiche Bezugsziffern). Die Bimetallbögen sind aber wie in den Fig. 4 bis
6 mit untenliegendem Scheitel angeordnet, wobei jedoch in ihrem Verlauf der Unterschied
besteht, daß der Bogen vom Scheitel aufwärts zunächst von den Augen weg, fast bis
zur Mitte zwischen den Augen, und sodann wieder zu den Augen zurück geführt ist,
und zwar so, daß die Enden 6b in den Freßecken 8 oder in deren Bereich liegen. Dieser
Verlauf des Bimetallstreifens ergibt neben den bereits an Hand der anderen Ausführungsbeispiele
besprochenen Vorteilen den einer besonders weitreichenden periphären Erfassung des
Kolbenmantels für die Bimetallwirkung.
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Ein viertes und ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung sind
in den Fig. io bis 12 bzw. 13 bis 15 dargestellt. Hier sind diie Bimetallstreifen
zwar gleichfalls bogenförmig, wobei ihr Scheitel in der gleichen Weise wie bei den
früheren Beispielen entweder oberhalb der Augen 3 (Fig. io bis 12) oder unterhalb
derselben (Fig. 13 bis 15) angeordnet ist, jedoch verlaufen die Schenkel
des Bogens größtenteils parallel zur Kolbenachse, wobei ihre Lage so gewählt ist,
wie es die richtige bimetallische Wirkung erfordert. Im zweitgenannten Fall befinden
sich die Enden 6a wieder im Bereich der Freßecken B. Diese Ausführungsformen gestatten
ohne weiteres eine große Länge der Bimetallstreifen in Richtung der Kolbenachsen.
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Im allgemeinen kommt man durch Anwendung der Erfindung mit einem einzigen
Streifenpaar aus, was einen der besonderen Vorteile der Erfindung bedeutet. In besonderen
Fällen
kann es aber auch zweckmäßig sein, um zusätzliche thermostatische Wirkungen oder
Korrekturen zu erzielen, ein zweites Streifenpaar vorzusehen, wie dies z. B. in
den Fig. 7 bis 9 durch das Streifenpaar i i angedeutet ist.