Taüchkolben. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Tauchkolben mit einem Kopf, mit Kolbenbolzennaben, mit einem Mantel von im Querschnitt ovaler Form, dessen kürzere Querschnittsaxe mit der Axe der Kolben bolzennaben zusammenfällt, mit zwei ge krümmten Druckwänden, die auf gegenüber liegenden Seiten des Mantels angeordnet sind und vom Kopf durch Schlitze getrennt. sind, und mit von den Bolzennaben zu den Druck wänden sich erstreckenden und von der Man telperipherie zurückgesetzten Stegen, wobei Kopf, Bolzennaben, Druckwände und Stege aus Leichtmetall bestehen.
Dieser Tauchkolben ist dadurch gekenn zeichnet, dass mindestens die zwischen den Kolbenbolzennaben und einer der Druck wände sich erstreckenden Stege auf ihrer Innenseite je eine Platte aufweisen, die aus einem Material besteht, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient kleiner ist als der des Stegmaterials, wobei jede Platte und ihr zugehöriger, auf die Platte geschrumpfter Steg ein bimetallisahes Organ bilden, das sich zwischen einer Kolbenbolzennabe und einer Druckwand erstreckt.
In der Zeichnung sind Ausführungsbei- spiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Fig. 1 zeigt ein erstes Beispiel in schau bildlicher Darstellung; Fig. 2 ist ein Aufriss, des Kolbens nach Fig. 1 teilweise im Schnitt; Fig. 3 ist ein Schnitt des ersten Beispiels nach der Linie 3-3 in Fig. 2;
Fig. 4 ist ein .Schnitt desersten Beispiels nach der Linie 4-4 in Fig. ä; Fig. 5 zeigt in schaubildlicher Darstel lung eines der im Kolben nach Fig. 1 bis 4 benutzten Einsatzstücke; Fig. 6 zeigt in grösserem Massstab ein im Schnitt schematisch die durch die Hitze be wirkten Veränderungen beim ersten Beispiel;
Fig. 7 ist ein der Fig. 3 entsprechender Schnitt eines zweiten Beispiels; Fig. 8 zeigt schaubildlich ein beim Bei spiel nach Fig. 7 benutztes Einsatzstück; Fig. 9 ist ein Schnitt nach der Linie 9-9 in Fig. 7; Fig. 10 ist ein der Fig. 3 entsprechender Schnitt eines dritten Beispiels; Fig. 11 ist ein Schnitt nach der Linie 11-11 der Fig. 10;
Fig. 12 ist ein Querschnitt einer weiteren :Ausführungsform und Fig. 13 ist ein Schnitt nach der Linie 13-13 in Fig. 3.
Der Tauchkolben gemäss Fig. 1 bis 6 um fasst einen Kopf 10, einen Mantel 11 und Kol- benbolzennaben 12, wobei die Hauptlast zwi schen dem Kopf und den Naben durch Pfei ler 13 getragen wird. In horizontalem Quer schnitt ist jeder Pfeiler 13 von annähernd U- förmiger Gestalt und umfasst einen äussern Teil 14, der die Seitenrippen 15 und eine Mittelrippe 16 mit der äussern Begrenzung der Bolzennaben in Verbindung bringt.
Der Mantel umfasst zwei gekrümmte Druckwände 17, die die Tragflächen 18 und 1,9 tragen. Die Seiten der Flächen 18 und 19 sind durch gekrümmte Linien 20 begrenzt, welche die Tragflächen von Aussparungen, d. h. von vom normalen Umfang des Mantels zurückgesetzten Flächen 21 trennen. Die Li nien 20 sind gegen die Aussparungen hin konvex gewölbt und laufen gegen die Kopf enden der Flächen 18, 19 spitz zusammen.
Flache Stege 22 verbinden die seitlichen Kanten der gekrümmten Druckwände 17 mit dem Kopf, den Pfeilern 13 und den Kolben bolzennaben 12. Die Stege 22 sind ziemlich breit und in der Zeichnung angenähert so breit wie die Bolzennaben dargestellt. Kurze Rippen 23 erstrecken sich entlang eines Ste ges 22 nach aussen von dem untern Teil jeder Bolzennabe gegen die Tragfläche 18 hin, wo bei die Rippen gegen die geschlitzte Druck wand 17 hin sich verjüngen.
Unter den Bolzen.naben sich erstreckende, bogenförmige Teile 24 verbinden die untern Enden der Druckwände 17 und bilden mit den Wänden 17 einen fast vollständigen Kreis ring am untern Ende des Mantels. Jeder Teil 24 ist von seiner entsprechenden Bolzennabe durch eine Öffnung 25 getrennt, welche von einer durch die Axe der Bolzennaben gehende Längsebene < t1-B (Fix.
3) .geschnitten wind, wobei diese Öffnung sieh von der Längs- mittelebene nach den beiden Tragflächen hin erstreckt und auf der Seite der Längsmittel- ebene, auf der sich die urigeschlitzte Druck wand befindet, breiter ist als auf der Seite; auf der sich die geschlitzte Druckwand be findet.
Jede Druckwand ist von dem Kopf durch einen Schlitz 26 getrennt, ein weiterer Schlitz 27 erstreckt sich über die die Tragfläche 18 tragende Druckwand in ungefähr vertikaler Richtung, also längs dieser Druckwand.
Alle bisher beschriebenen Teile sind aus Leichtmetall gebildet, wie zum Beispiel aus einer Aluminiumlegierung.
Die Arbeitsweise des Kolbens wird da durch verbessert, dass man ihn mit Platten ausstattet, welche mit Teilen des Kolbens zu sammenwirkend bimetallische Organe bilden. Diese Platten bestehen zum Beispiel aus ein fachem Stahl, der einen niedrigeren thermi schen Ausdehnungskoeffizienten besitzt, als das die andern Teile des Kolbens bildende Material.
Die Platten 28 sind durch rechteckige; aus Blattstahl geschnittene Platten gebildet, die je zwei Öffnungen 29 und an der vertikalen Kante entlang durch Aussparungen 31 ge trennte Zungen 30 besitzen.
Dieser Kolben ist zweckmässig in Metall formen herzustellen: Hierbei werden die Plat ten 28 in die Form eingesetzt, indem man ihre Öffnungen 29 über von den Formkernen getragene Bolzen hakt, bevor die Formkerne in die Form eingesetzt werden: In dem Form körper befestigte Bolzen pressen die Platten fest gegen die Formkerne und hinterlassen in den während der Abkühlung auf die Platten 28 geschrumpften Stegen 22 des fertigen Gusses Öffnungen 312:
Wenn das ge@schml- zene Kolbenmetall in die Form gegossen wird, umfliesst es,die Nasen .'30, wodurch die Nasen der einen Plattenseite teilweise in die dem innern Teil einer der Druckwände 17 ge- lagert werden, während die Nasen der andern Plattenseite zum Teil in einer der Bolzen naben gelagert werden.
Das Einbetten der Seiten der Platten soll letztere in ihrer Lage halten. Die Nasen 30 sind nur vorgesehen, um die Dicke des Man telmaterials gegenüber den Aussparungen 31 zu verstärken, wie es deutlich in dem untern Teil der Fig. 4 gezeigt ist.
Der Kopf des Kolbens ist genügend kleiner gemacht als der Mantel, um jederzeit eine Berührung des Kopfes mit der Zylinder wand zu verhindern; der Mantel besitzt im Querschnitt eine ovale Form, wobei die kleinere Axe <I>AB</I> des Ovals mit der Axe der Kolbenbolzenlager zusammenfällt und die grössere Axe <I>CD</I> im rechten Winkel dazu liegt. Der Kolben ist in den Zylinder unter Berücksichtigung eines zweckmässigen Spiel raumes an den Enden der Axe <I>CD</I> einge- passt, während an den Enden der Axe <I>AB</I> ein übermässiger Spielraum gelassen ist.
Es sind genaue Ausdehnungsversuche mit diesen Kolben durch Erhitzen von Muster kolben in einem elektrischen Ofen und durch Messen der Grössenveränderung an verschie denen Stellen am Mantel gemacht worden. Durch dieses Verfahren hat man festgestellt, dass bei einem Anwachsen der Kolbentem peratur die Teile die durch gestrichelte Li nien der Fig. 6 gezeichneten Bewegungen ausführen, welche, wie man annimmt, folgen dermassen entstehen:
Wenn nach dem Giessen des Kolbens die Metalle sich abkühlen, ziehen sich infolge des grösseren Koeffizienten der Wärmeausdeh nung und -zusammenziehung der Aluminium- legierung @dieStege 2.2 schneller zusammen als die Stahlplatten 28.
Das Ergebnis ist, dass bei Zimmertemperaturen ein Steg 22 und die entsprechende Platte 28 ein bimetallisches Organ bilden, bei welchem der auf die Platte aufgeschrumpfte Steg sich unter Spannung befindet, und das Organ mit seiner konvexen Seite gegen das Innere des Kolbens zu ge bogen wird, wie die voll ausgezogenen Linien der Fig. 6 zeigen. Wenn der Kolben darauf erhitzt wird, schwächt die Hitze die Span- nung in dem Steg ab, wodurch das Organ seine flache Gestalt wieder annimmt.
Der Kopf als der heisseste Teil des Kol bens bei laufender Maschine dehnt sich schneller aus als der Mantel, und da die Na ben fest durch einen Steg mit dem Kopf in Verbindung stehen, werden sie durch die Ausdehnung des Kopfes nach aussen bewegt.
Die vier zwischen den Bolzennaben und den Tragflächen 18 gelegenen bimetallischen Organe verbinden sich mit einer Hälfte die ser Tragfläche, um die in. Fig. 6 im Quer schnitt von L-f örmiger Gestalt gezeigten Teile zu bilden.
Das obere Ende jedes dieser bimetallischen Organe ist starr mit seiner entsprechenden Bolzennabe verbunden, und daher neigt das Steigen der Temperatur, wel ches den Steg 22 ausdehnt, dazu, den L-för- migen Teil um den Scheitelpunkt seiner bei den Schenkel zu drehen und das untere Ende des L-förmigen Teils gegen die Mittellinie C-D zu zu bewegen. Hierdurch wird der Durchmesser des Mantels bei Linie C-D und die Breite des Schlitzes 27 unabhängig von irgendeinem Druck des Mantels gegen die Zylinderwand verringert.
Die zwei bimetallischen Organe zwischen den Bolzennaben und den Tragflächen 19 bil den sozusagen auch L-förmige Teile, welche dazu neigen, sich um ihren Scheitelpunkt zu drehen und die der Linie<B>C -D</B> benachbarten Teile des Mantels nach innen zu tragen.
In dem in Fig. 1 bis 4 dargestellten Kol ben ist der Mantel auf der geschlitzten Seite infolge des Vorhandenseins der Rippen 23 und der verringerten Ausdehnung der Öff nungen 25 versteift, mit dem Ergebnis, dass die Innenbiegung auf der Tragfläche 18 un gefähr jener auf der Tragfläche 19 ent spricht, während ohne diese besondere Ver steifung die Abbiegung der Tragfläche 18 grösser sein würde.
Man hat festgestellt, dass bei diesem Kol ben die Ausdehnung auf dem Durchmesser <I>AB</I> geringer ist, als sie dem Anteil der Alu miniumlegierung entspricht, was wahrschein lich von der Wirkung der bimetallischen 0r- gane beim Schliessen des Schlitzes 27 her rührt.
Bemerkenswert ist, dass in diesem Kolben die bimetallischen Organe von dem Umkreis des Mantels abgerückt sind mit Ausnahme ihrer äussern Enden und daher ihre Biegung keine örtliche Umbildung in den Teilen der Mantelwandung hervorruft, welche mit dem Zylinder in Berührung stehen, sondern eine gleichmässige Biegung des Mantels ver ursacht, wie in Fig. 6 schematisch dargestellt.
Die Stärke der in dem Mantel hervor gerufenen Ausgleichsbiegung kann durch eine Änderung der Breite der Platten 28 ver ändert werden; denn je schmäler die Platten sind, desto geringere Biegungswirkung tritt ein, vorausgesetzt, dass der übrige Kolben un verändert bleibt. Die Stärke der Biegung kann auch dadurch verändert werden, dass man die Platten aus einem Material mit ver schiedenen Ausdehnungskoeffizienten her stellt. Bei manchen Kolbenarten ist es zweck mässig, sehr schmale Platten zu verwenden und die kleine Breite der Platten dadurch auszugleichen, dass man sie aus einem Ma terial macht, das sich weniger ausdehnt als gewöhnlicher Stahl, z. B. Nickelstahl.
Die Stärke der Biegung kann auch da durch geändert werden, dass man die quer- schnittliche Grösse der Stege 22 im Verhält nis zu den Platten 28 verändert. Wenn also die Stege 22 in bezug auf die Platten schwä cher sind, werden sie ein geringeres Biegen der Platten verursachen und infolgedessen ein geringeres Biegen des Mantels.
Weiter ist zu bemerken, dass die ge strichelten Linien der Fig. 6 ganz allgemein Lind in übertrieben grossem Massstab die Be wegungen der Teile zeigen.
Die Platten 28 dienen allein als Kom pressionsteile welche verhindern, dass die Stege 22 sich zusammenziehen, wie sie es normalerweise tun würden, wodurch sich die oben beschriebene Biegungsbewegung ergibt.
Fig. 7 bis 9 zeigen ein weiteres Beispiel, bei welchem jede der Platten 33, auf welche die Stege 22 während der Abkühlung aufge schrumpft worden sind, eine Öffnung 36 in Gestalt eines Schlüsselloches gegen eine Seite der Platte zu aufweist. Diese Öffnung passt satt über einen Bolzen, der durch den Form- kern getragen wird, um die Platte 33 in der Form zu halten.
Bei dieser Ausführungsform geht der Schlitz 40 nur über einen Teil der Tragfläche hinunter.
Wie schon erwähnt; ist der einzige Grund für die Befestigung der Platten an dem Rest des Kolbens, sie in ihrer Lage zu halten; sie können dabei in jeder zweckmässigen Weise gehalten werden. So sind zum Beispiel in der in Fig. 10 und 11 dargestellten Ausführungs form die schmalen Platten 37 an den auf diese Platten aufgeschrumpften Stegen 22 durch aus dem Stegmaterial gebildete Knöpfe <B>38..</B> .festgemacht,:
die durch Öffnungen der Platten gehen. Die Platten haben gerade, ver tikale Kanten mit verbreiterten Fussteilen 39., von welchen Kanten nur eine gegen eine auf dem Steg 2'2 gebildete Schulter stösst, wäh rend die andere Kante gegen die Mantelwand stösst. Diese Anordnung der Teile ist durch die "Schrumpfungseigenschaft"\ der bimetalli- sehen Organe, wie oben erklärt, ermöglicht.
Diese Figuren zeigen auch, dass die Stege 22 sich nicht im rechten Winkel zu der Age der Bolzennaben erstrecken müssen, sondern, im Winkel dazu angeordnet sein können.
Fig: 12 zeigt eine abgeänderte Bauweise, in welche bimetallische Organe sich von den Bolzennaben gegen die Tragfläche 18 hin er strecken, auf der andern;' Seite des Kolbens jedoch nicht vorhanden sind. Auch hier sind die Stege 22 auf die Platten 28 aufge schrumpft.
In allen wiedergegebenen Bauweisen sind die Platten in ihrer vertikalen Ausdehnung ein wenig kürzer als die Stege 22. Obwohl dieses die bevorzugte Anordnung ist, braucht an ihr nicht festgehalten zu werden, wie es Fachleuten verständlich sein wird.