DE863430C

DE863430C - Leichtmetallkolben fuer Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE863430C
Application number: DEM3649D
Authority: DE
Inventors: Walter Kohler
Original assignee: Mahle GmbH
Current assignee: Mahle GmbH
Priority date: 1942-09-01
Filing date: 1942-09-01
Publication date: 1953-01-19

Description

Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen Die Erfindung betrifft einen Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen, dessen sich bei Erwärmung einwärts krümmender Bimetallmantel durch Querschlitze oder Durchbrechungen vom Kopfteil getrennt und mit einem oder mehreren Längsschlitzen versehen ist.
Bei den bis jetzt bekanntgewordenen derartigen Kolben wurde der Bimetallmantel stets dadurch geschaffen, daß an der Innenseite der aus Leichtmetall bestehenden Laufflächen Eiseneinlagen eingegossen wurden.
Im Schrifttum ist zwar schon vorgeschlagen worden, einen Bimetallmantel aus dem Kolbenwerkstoff und einer geteilten Einlage aus anderem Metall, also nicht nur aus Eisen, zu bilden, in der Praxis wurde aber von dieser Möglichkeit kein Gebrauch gemacht. Für die Art von Kolben, auf welche sich der vorveröffentlichte Vorschlag bezieht, hätte die. Verwendung eines anderen Metalls als Eisen auch gar keinen Sinn gehabt,. sondern höchstens einen Rückschritt bedeutet. Es handelt sich nämlich dort um einen Kolben, dessen Mantel ungeschlitzt ist. Bei dieser Ausführungsform kann durch die bimetallische Ausbildung des Mantels nur die Dehnung des senkrecht zum Kolbenbolzen gerichteten Schaftdurchmessers vermindert werden, während im Bereich der Bolzenaugen eine erhöhte Ausbauchung erfolgt, die nur dann in erträglichen Grenzen gehalten werden kann, wenn der Werkstoff der verwendeten Einlagen einen kleinen Wärmedehnungsbeiwert hat. Ferner muß bei dem bekannten Kolben die Krümmung des Bimetallmantels gegen den Widerstand des durch keinen Schlitz nachgiebig gemachten Mantels erfolgen. Es ist daher eine Einlage erforderlich, die mit dem Kolbenwerkstoff zusammen einen Bimetallkörper von kräftiger Wirkung ergibt. Sowohl mit Rücksicht darauf als auch auf den erforderlichen kleinen Dehnungsbeiwert kommt aber als Einlagewerkstoff nur Eisen oder ein verwandtes Schwermetall in Betracht, und die Veröffentlichung kann ebenso wie eine weitere, einen Kolben mit geschlitztem bimetallischem Mantel betreffende Veröffentlichung, in übereinstimmung mit dem, was an tatsächlichen Ausführungsformen bekannt wurde, nur so verstanden werden, däß die Einlage aus einem Metall von geringerer Wärmedehnung als der des Mantels bestehen soll.
Da sämtliche Metalle, welche diese Bedingung erfüllen, um ein Mehrfaches schwerer sind, als die zum Herstellen von Kolben benutzten Leichtmetalllegierungen, ergibt sich bei ihrer Verwendung eine Gewichtserhöhung, welche die Benutzung von mit solchen Einlagen versehenen Kolben für viele Zwecke, insbesondere für schnell laufende Flugmotoren, von vornherein ausschließt und im übrigen dazu zwingt, nur schmale Teile des Mantels bimetallisch zu machen, wodurch nicht nur ein Teil der möglichen Wirkung verlorengeht, sondern auch unerwünschte Verziehungen der Laufflächen vorkommen können.
Gemäß: der Erfindung werden diese Nachteile dadurch vermieden, daß der Innenteil des bimetallischen Mantels aus dem Kolbenwerkstoff, der Außenteil dagegen ganz oder teilweise aus einem Leichtmetall bzw. einer Leichtmetallegierung mit größerer Wärmedehnung als der des Kolbenwerkstoffes besteht. Da das Ausmaß der bimetallischen Krümmung weniger von der absoluten Größe der Wärmeaüsdehnüngskoeffizienten des Werkstoffes der Teilglieder als von der Größe ihrer Differenz abhängt und für den Kolbenbau verwendbare Leichtmetalle mit stark voneinander abweichender Wärmeausdehnung zur Verfügung stehen, ist es entgegen der bisherigen Auffassung ohne weiteres möglich, auch auf diese Weise bimetällische Mantelkörper mit vollkommen genügender Wirkung zu schaffen. Dabei braucht nicht einmal auf Metalle mit besonders großen Dehnungsunterschieden zurückgegriffen zu werden, weil bei längs geschlitztem Mantel, dessen Krümmung ohne äußeren Widerstand erfolgen kann und außerdem der durch die Wahl von Werkstoffen mit etwas weniger voneinander verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten an sich bedingte Wirkungsverlust leicht dadurch wieder eingeholt werden kann, daß der Laufmantel nicht nur teilweise, sondern über seine ganze Höhe als Birnetallkörper ausgebildet wird. Nachteile in bezug auf das Gewicht müssen dafür nicht in Kauf genommen werden, weil der Mantelaußenteil ebenso wie der übrige Kolben aus Leichtmetallen besteht.
Beispielsweise kann. der Mantelaußenteil aus einer im wesentlichen siliciumfreien Aluminiumlegierung" der Kolbengrundkörper mit dem Mantelinnenteil dagegen aus einer eutektischen oder übereutektischen Aluminium-Silicium-Legierung bestehen.
Die nach innen gerichtete Krümmung des bimetallischen Mantels kommt in bekannter Weise dadurch zustande, daß der das stärkere Dehnungsbestreben aufweisende Mantelaußenteil in seiner inneren Faser an der verstärkten Dehnung wegen der innigen Verbindung mit dem sich schwächer dehnenden Schaftinnenteil gehemmt ist. Der Schaftauflenteil wird daher in seiner äußeren Faser durch die Wärmedehnung auf Zug, in seiner inneren Faser dagegen durch das sich schwächer dehnende Metall des Schaftinnenteiles auf Druck beansprucht, und die Folge der beiden Beansprüchungen ist eben die gewünschte Krümmung, die um so stärker wird, je größer der Unterschied zwischen -den Dehnungsbeiwerten der verwendeten Metalle ist. Ebenso biegt sich auch der in gleicher Weise beanspruchte Schaftinnenteil.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele von Kolben mit gemäß der Erfindung ausgebildeten bimetallischen Mänteln schematisch dargestellt.
Abb. i zeigt einen Längsschnitt durch einen Kolben, bei welchem der Kopfteil i von den Laufflächen z durch Querschlitze 3: getrennt ist. Die Laufflächen sind als Bimetallkörper ausgebildet und setzen sich aus einer inneren Lage 4 aus dem Kolbenwerkstoff und einer äußeren Lage 5 aus einer Leichtmetallegierung mit größerer Wärmedehnung zusammen. In den Laufflächen sind Läingsschlitze 6 vorgesehen.
Abb. 2 zeigt einen Längsschnitt durch einen etwas anders ausgebildeten Kolben mit nicht ganz durchgehenden Längsschlitzen 6 in den Laufflächen.

Claims

PATENTANSPRUCH: Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen, dessen sich bei Erwärmung einwärts krümmender Bimetallmantel durch Querschlitze oder Durchbrechungen vom Kopfteil getrennt und mit einem oder mehreren Längsschlitzen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenteil (4) des bimetallischen Mantels aus dem Kolbenwerkstoff und der Außenteil (5) ganz oder teilweise aus einem Leichtmetall bzw. einer Leichtmetallegierung mit größerer Wärmedehnung als der des Kolbenwerkstoffes besteht. Angezogene Druckschriften: Österreichische Patentschrift Nr. i3$999; deutsche Patentschriften Nr. 56673$, 537513, 699914 7004:25.