DE695708C - Kolben fuer Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

• Kolben für Brennkraftmaschinen Die erhöhte Beanspruchung und die ge-Steigerten Leistungen der BrennIcraftmaschinen haben zur Verwendung des Leichtmetallkolhens wegen seiner besseren Wärmeleitung geführt. Der Schwermetallkalben war den hohen Betriehstemperaturen nicht gewachsen, da die Wand an den Kolbenringen zu heiß wurde. Dies führte zu einem Verkoken des öles in den Kolbenringnuten, wodurch dann die Kolbenringe festgesetzt wurden. Obwohl die Laufeigenschaft des Schwermetallkolbens besser war und er eine längere Lebensdauer hatte als der Leichtmetallkolben, waren die besseren thermischen Verhältnisse des letzteren in der Hauptsache ausschlaggebend für seine Verwendung, und man nahm es in Kauf, daß einzelne Kolben sich leicht verzogen, unrund wurden und damit erhöhte Freßneigung aufwiesen. Um die gleich guten Laufeigenschaften zu erhalten wie mit dem Sch-,verrneta.Rkolben und auch die eben genannten Fehler zu vermeiden, si-nd schon verschiedentlich Leichtmetallkolben vorgeschlagen worden, die mit Laufmänteln, Laufschienen oder Einlagen aus Sch-,vermetall versehen sind. Diese sind teuer in der Hers'tellung, und es ist auch nur in unzureichendeni Maße m#öglich, die erforderliche feste Verbindung zwischen dem Leichtmetall und dem Scliwermetall herzustellen, wodurch der Wärmeübergang nicht gut ist. Besonders schwierig ist es aber, die erforjerliche: Dichtheit gegenüber dem Verbrennungsraum zu erhalten, so. daß eine gute Abdichtung zwischen dem die Kolbenring-e tragenden Sch"vermetallmantelteil und dem Kalbenhoden herzustellen ist. Die stets wechselnden Temperaturen des Kolbens zwischen in voller Leistung befindlichem und dann wieder abgestelltem Motor führen bald zum Lösen des Leichtnietallkernes von dem Schwermetallring. Selbst wenn das Leichtmetall durch Einpressen in den stark erwärmten Schwermetallmantel eine Preßspannung erhält und somit vorerst eine innige Berührung beider Metalle besteht, löst sich diese Spannung alsbald -unter der wechselnden Ausdehnung, was dann zur Lockerung des Kernes und zur Undichtheit f ührt.
• Es sind fern-er Sch-,vermetallkolben bekannt mit einer Explosionstasche im Kolbenboden, die mit einer Kappe aus Leichtmetall ummant,elt ist, um die Wärme besser ab.zuleiten. Während bei. den Leichtmetallkolben mit Schwermetallmantel die Verbindung des Mantels über den Kolbenboden ilinweg fehlt un"d damit die Ursache zu den störenden, die gegenseitige Verbindung zwischen den beiden Metallen läsenden Bedingungen gegeben ist, fehlt bei dem Kolben mit Explosiünstasche der übergang des Leiclitmetallkernes vom Kolbenboden zum Mantel. In beiden Fällen ist die Ableitung der Wärme vom Schwermetallmantel nicht genügend gesichert.
• Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen werden auch mit einer starren Eisen- eder Stahlkappe ausgerüstet. In diesem Falle ist der Schwermetallmantel mit dein die Lageraugen des Kolbenbolzens bildenden Leichtmetallkern durch den Kolbenboden von oben durchsetzende Schrauben verbunden. Der Stahlmantel ist nicht durchbrochen und hat auch keine Lager für den Kolb#enb,olz-en. Die Vel-,vendung von Schrauben zur Verbindung der beiden Kolbenteile ist an sich wegen der Möglichkeit der Lösung bereits bedenklich. Abgesehen davon, daß der Leichtmetallkern in diesem Falle nur eine geringe, etwa die halbe Höhe des Stahlmantels ausfüllt, liegt er auch nicht mit seiner ganzen Fläche an dem Stahlinantel an, so daß auch der Wärmeübergang vom Stahlkolhen auf den Leichtmetallkern entsprechend vermindert ist. Dies gilt besonders bezüglich des die Kolbenringe aufnehmenden Teiles des Stahlmantels, bei dem die Wärmeableitung wegen der Verkokung des öles in den Ringnuten besonders wichtig ist.
• Weiterhin wird eine - bessere Wärme-#leitung bei Kolben aus Leichtmetall noch dadurch zu erreichen gesucht, -daß der Kolben unter dem Boden ringfürmig ausgespart ist und einen scl-lwachen überzug aus einem Wärme gutleitenden Metall, wie z. B. Kupfer, erhält. Dadurch soll die an sich günstigere Wärmeableitung beielnem Kolben aus Leichtmetall gegenüber einem solchen aus Schwermetall noch verbessert werden. Hierbei kommt jedoch kein Stahlmantel zur Anwendung, sondern :der Kolben besteht auch in seinen gleitenden Flächen aus Leichtmetall.
• Nach vorliegender Erfindung wird der Kol--ben ebenfalls aus einem starr-en Eisen- oder Stahlteil und einem starren Leichtmetallkern gebildet. jedoch erstreckt sich gemäß der Erfindung der Leichtinetallk-ern über die ganze Höhe des Schwermetallmantels und liegt an dessen ganzer Fläche an. Er ist ferner durch die ihn durchsetzenden Lageraugen des Schwermetallmantels abgestützt. Auf diese Weise wird der Leichtmetallkern bei der Ausdehnung durch Wärmeaufnahme an allen Stellen an die Innenwand des Stahlmantels angepreßt, so. daß eine innige Berührung auf de# ganzen Anlagefläche zwisehen den beiden Kolbenteilen besteht. Durch die Abstützung des Leichtnietallkerns an derr Lageraugen des Stahlmantels wird diese noch besonders begünstigt. Diese innige Berührung hat zur Fc4ge, daß namentlich an dem die Kolbenringe enthaltenden Teil des Stahlmantels und am Kolbenboden eine besonders gute Wärrneableitungerfolgt. Es wird somit durch die Erfindung in annähernd vollkommener Weise erreicht, daß die Vorzüge .eines Stahlmantels in bezug auf Laufeigenschaft und Ausdehnung mit der günstigsten Wärmeabfuhr durch den vchllständigen. lAchtmetallkern vereinigt sind.
• Die- Zeichnung stellt die Erfindung in. einem Ausführungsbeispiel im senkrechten Schnitt dar.
• Der Kolben besteht aus dem äußeren Schwermetallmantela, z.B. aus Eisen oder Stahl, mit Boden d. Der Mantel ist 'im .oberen Teil in üblicher Weise stärker zwecks Aufnahme der Kolbenringnuten e. In die Mantelkappe aus Schwermetall ist der Kolbenkern b aus Metall von guter Wärmeleitung, z. B. Leichtmetall, wie Aluminium und seine Legierungen oder auch Kupfer eingefügt, der der Innenform des. SchwermetaIlmantels einschließlich des Bodens folgt, so, daß -zwei ineinandergefügte, vollständige Kappen vorhanden sind. Der Schwermetallmantela gibt dem Kolben die äußere Form und den erforderlichen Widerstand bei seiner Führung im Zylinder, wogegen der Metallkern die erferderliche Starrheit des Kolbens insbesondere gegen Unrundwerden sichert. Dazu trägt die Kappenform des Schwermetallmantels durch seinen die Kerndeck#e b' über-#reifenden Boden a' wesentlich bei. Der Z> Kern b kann in den Mantela in genügender Wandstärke durch Gießen, Pressen oder Spritzen eingefügt sein. Er wird vornehmlich innerhalb desselben Querschnitts in gleicher Wandstärke gehalten, was ebenfalls das Unrundwerden vermeidet. Da sich bei der Betriebstempieratur der Metallkern in stärkerem Maße ausdehnt als sein Mantel, wirdeine innige Berührung zwischen beiden Kappen und semiteine sichere Wärmeüberleitung ,erreicht. je stärk-er die Betriebswärme, um so, besser ist die Anpressung des Kernes an den Mantel. Sonlit ist für eine richtige Wärmeverteilung innerhalb des Kolbens Sorge getragen. Der Kolben hat dadurch' die wärmeverteilenden Eigenschaften des Metallkolbens z. B. aus Leichtmetall und die gut-en Laufeigenschaften des Schwermetallkölbens. Das Gesamtgewicht des Kolbens ist bei deinem Leichtmetallkern verhältnismäßig gering. Dadurch, daß die Augena" für den Kolbenbolzen vom Mantela mitgebildet werden, ergibt sich eine besonders wirkungsvolle Versteifung von Metall und Kern. Der Kern b b-raucht -nicht - über die ganze Höhe gleiche Wandstärke - zu haben; wichtig ist nur gleichmäßige Wandstärke innerhalb desselben Quers#chnitts. Nach dem Kolbenrand zu kann der Kern- jedoch dem Wärmefluß entsprechend kegelförmig auslaufen.

Claims (1)

1. PA TrNTA N SPRU CII. Kolben für Brennkraftmaschinen, bestehend aus einem starren Eisen- oder Stahlkalben und einem starren Leichtmetallkern, dadurch gekennzeichnet, daß sich - der Leichtmetallkern (b) über die ganze Höhe des Schwermetallmantels (a) erstreckt und durch die ihn durchsetzenden Lageraugen (a") des Schwermetallmantels abgestützt ist.