Leiehtmetallgleitschuhkolben für Verbrennungskraftmaschinen. Zum Ausgleich der erhöhten Temperatur ausdehnung von Leichtmetallkolben sind eine Reihe von Kolbenkonstruktionen vorgeschla gen, bei denen die Temperaturausdehnung des Materials herabgesetzt bezw. ausgegli chen werden soll. So wurde versucht, durch Trennung von Kolbenkopf und Kolbenman tel und gleichzeitige Verwendung von Alu minium fair den Kolbenkopf bezw. Schwer metall für den Kolbenmantel die Schwierig keit zu umgehen. Dabei entstanden jedoch neue Nachteile aus der Verbindung dieser beiden verschiedenartigen Metalle.
Auch das Eingiessen von Stahlstreifen mit geringer Wärmeausdehnung in den Kolbenmantel be friedigt noch nicht allgemein. Man hat dann -eiter versucht, den tragenden Kolbenman- telteil durch Querschlitze von der unmittel baren Verbindung mit dem Kolbenkopf zu lösen und lediglich durch rippenartige Ver steifungen mit den Kolbenbolzenaugen zu verbinden. Dabei wird die grössere Tempe raturdehnung des Kolbenkopfes dazu be- nutzt, den Kolbenmantel in Richtung des Kolbenbolzens auszudehnen, um so den ge genseitigen Abstand der tragenden. Kolben mantelteile bei allen Betriebstemperaturen annähernd konstant zu halten.
Es wurde vor geschlagen, den Kolbenmantel nur noch aus Gleitschuhflächen bestehen zu lassen. Hier bei ist allerdings wiederum die Verbindung der Gleitschuhflächen mit den Kolbenbolzen- augen nur durch eine schmale Rippe sicher gestellt, während die Gleitschuhflä.chen selbst bis um die Kolbenbolzenaugen herum erweitert und voneinander nur durch einen Schlitz getrennt sind. Diese Konstruktion ergibt unvermeidlich starke Durchbrechun- gen des Kolbenmantels,
so dass nach verhält nismässig kurzer Betriebszeit ein hoher Ölver brauch entsteht. Die Ausbildung eines Gleit- schuhkolbens wurde früher auch in der Weise vorgeschlagen, dass an den beiden Druckseiten des Kolbens besondere ange schraubte Gleitstücke nachstellbar und aus wechselbar vorgesehen wurden. Diese Gleit- stücke sollten allerdings überhaupt keine starre Verbindung mit dem Kolbenmantel zeigen, sondern- gerade durch Federn ela stisch einstellbar bleiben. Diese Ausfüh rungsform hat sich in der Praxis nicht ein führen können.
Es ist weiterhin der Vor schlag gemacht worden, die Kolbenbolzen augen mit dem Kolbenkopf zu verbinden und zwei konzentrische aus Ringen bestehende Mantelteile anzuordnen, von denen der in nere Ring mit den Kolbenbolzenaugen und der äussere Ring durch um<B>90'</B> versetzte Ver bindungsrippen mit dem innern Ring ver bunden ist. Derartige Kolben kann man aber nicht als Gleitschuhkolben ansprechen. Ins besondere lässt sich mit ihnen eine sehr wich tige Forderung nicht erfüllen, das ist ein ge wisses federndes Nachgeben der Druckseiten insbesondere an den Auflagestellen im Be trieb.
Die zurzeit geltenden Anschauungen über die Konstruktion von Leichtmetallkolben erstreben eine ovale Form des Kolbens, bei der die kleinere Achse mit der Kolbenbol- zenachse zusammenfällt, bei der aber gleich zeitig die Kolbenbolzenaugen rippenartig mit dem Kolbenkopf verbunden sind, um im Be trieb sich ausdehnen zu können. Die Folge einer solchen Ausdehnung ist ein gewisses Zurückfedern der in der grösseren Achse des Ovals liegenden tragenden Mantelteile.<B>Auf</B> diese Weise wird eine dem hohen Ausdeh nungskoeffizienten der Aluminiumlegierun gen entsprechende Ausdehnung des Kolbens im Betrieb bei höheren Temperaturen ver mieden.
Es wird aber gleichzeitig das Be streben sein müssen, trotz der durch diese Spannungen entstehenden Verzerrung des Kolbenumfanges ein möglichst kreisförmi ges, der Zylinderlauffläche entsprechendes Segment als tragendes Gleitstück beizubehal ten.
Man hat versucht, die Lösung dieses Problems auch durch einfache Schlitze zu erreichen, welche die gleitenden Mantelteile von den übrigen abtrennen. Hierbei wird je doch gerade auch die Zurückfederung der Druckseiten durch das Wachsen der Kolben bolzenachse verhindert. Gegenstand der Erfindung ist nun ein Leichtmetallgleitschuhkolben für Verbren nungskraftmaschinen, bei dem der Kolben mantel vom Kolbenkopf durch senkrecht zu der Kolbenaxe verlaufende Querschlitze auf dem überwiegenden Teil des Umfanges ge trennt und die Kolbenbolzenlager sowohl mit dem in sich geschlossenen Kolbenmantel wie auch durch Rippen mit dem Kolben kopf fest verbunden sind.
Das Neuartige der Konstruktion liegt darin, dass der Kolben mantel an den die Gleitschuhe trauenden Seiten gegenüber der Zylinderlauffläche eingezogen ist und mit den Gleitschuhen nur in deren Mitte durch je eine Rippe verbun den ist.
Zweckmässig weisen die die Verbindungs- rippe tragenden eingezogenen Teile des Kol benmantels im Querschnitt sehnenartige Ge stalt auf.
In der beiliegenden Zeichnung sind zwei Ausführungsförmen der Erfindung beispiels weise dargestellt. Es zeigt: Fig. 1 einen Kolben im Längsschnitt, nach Linie 1-I in Fig. 2, Fig. 2 den gleichen Kolben im Quer schnitt nach Linie II-II in Fig. 1, und Fig. 3 einen andern Kolben im Längs schnitt, bei dem jedoch die Verbindung zwi schen Kolbenbolzenaugen und Kolbenboden durch anders geformte Rippen gebildet wird.
Der Kolbenkopf 1 ist durch die senk recht zur Kolbenaxe verlaufenden Quer schlitze 2 von dem tragenden Kolbenmantel teil 3 getrennt. Lediglich die Rippen 4 er geben die Verbindung zwischen Kolbenbol- zenaugen 5 und Kolbenkopf 1.
An die Rippen 4 ist nun der elastisch ausgebildete Kolbenmantel ö angesetzt, der im Gegensatz zu den früheren Konstruktio nen auch unter den Kolbenbolzenaugen zu sammenstösst, und der durch die Querschlitze 2 auf dem überwiegenden Teil seines Um fanges vom Kolbenkopf getrennt ist. Erst an diesen Kolbenmantel sind dann. durch den schmalen Steg 8 die Gleitschuhe 7 ange setzt. An Stelle der Rippen 4 können auch die in Fig. 3 gezeichneten Schrägrippen 9 die Verbindung von Kolbenbolzenaugen und Kolbenkopf übernehmen, welche am Kol benboden in zwei parallele Rippen 10 über gehen.
Diese dargestellten Kolben ermöglichen es, die grössere Temperaturdehnung des Kol benkopfes in Richtung des Kolbenbolzens auf den etwas kälteren Teil des Kolben mantels zu übertragen und diesen in Rich tung des Kolbenbolzens zu dehnen, so dass die Clleitschuhflächen auch bei höheren Betriebs temperaturen den gleichen Abstand behal ten können. Der Kolbenmantel dieser Kol ben selbst ist aber dabei völlig glattschaftig, zeigt keine Schlitze gegen den Zylinderman tel und unterstützt die Gleitschuhe auf nahezu der ganzen Länge.
Die beiden Gleitschuhe der dargestellten Kolben sitzen auf dem Kolbenmantel vielmehr wie auf einer Art federnder Unterlage, so dass sie im Betriebe immer etwas einwärts auswei chen können, sobald die Ausdehnung in der Wärme eine engere Anlagerung an den Zy linder bewirken will. Dieses Federn wird gerade durch die schmale durch die Rippen 8 gebildete Verbindung möglich, während im übrigen die so entstehenden schmalen einge schnittenen Nuten den nötigen Spielraum für die Gleitschuhe abgeben. Diese Nuten können entweder schon im rohen Kolben vor gegossen, noch besser aber durch Einfräsen hergestellt werden.
Die vollständig ge schlossene Form des Kolbenmantels der dar gestellten Kolben schliesst anderseits das Kolbeninnere absolut dicht gegen die Zylin- derlauffläehe ab, so dass der Ölverbrauch klein bleibt. Der besondere Vorteil der dar gestellten Kolben besteht in der Möglichkeit, das Einbauspiel des Kolbens im kalten Zu stand erheblich zu verringern.
Beispiels weise sei erwähnt, dass ein Kolben nach Fig. 1 bis 3 aus einer Aluminiumsilizium.- legierung mit einem Wärmeausdehnungs- koeffizienten von etwa 21 ,X 10-6, für den bei Kolben von etwa 10 cm Durchmesser üblicher Weise ein Einbauspiel von 0.,10 bis 0,15 mm erforderlich war, mit einem Ein bauspiel von nur 0.03 mm ohne Schwierig keit auch einen Dauerbetrieb ausgehalten hat.
Alloy sliding shoe pistons for internal combustion engines. To compensate for the increased temperature expansion of light metal pistons, a number of piston designs are proposed in which the temperature expansion of the material is reduced or respectively. should be compensated. So an attempt was made, by separating the piston head and Kolbenman tel and the simultaneous use of aluminum fair the piston head BEzw. Heavy metal for the piston skirt eliminates the difficulty. However, new disadvantages arose from the combination of these two different metals.
Pouring steel strips with low thermal expansion into the piston skirt is not yet generally satisfactory either. Attempts were then made to detach the supporting piston skirt part from the direct connection with the piston head through transverse slits and to connect it to the piston pin bosses merely by means of rib-like stiffeners. The greater temperature expansion of the piston head is used to expand the piston skirt in the direction of the piston pin in order to reduce the mutual distance between the bearing. To keep piston shell parts approximately constant at all operating temperatures.
It was proposed to let the piston skirt consist only of sliding shoe surfaces. Here, however, the connection of the sliding shoe surfaces with the piston pin eyes is only ensured by a narrow rib, while the sliding shoe surfaces themselves are extended to around the piston pin eyes and are only separated from one another by a slot. This construction inevitably results in strong openings in the piston skirt,
so that after a relatively short operating time there is high oil consumption. The design of a sliding shoe piston was also proposed earlier in such a way that special screwed-on sliding pieces were provided on the two pressure sides of the piston that could be adjusted and replaced. However, these sliding pieces should not have any rigid connection to the piston skirt, but rather remain elastically adjustable, precisely by means of springs. This embodiment has not been able to introduce itself in practice.
The proposal has also been made to connect the piston pin eyes to the piston head and to arrange two concentric jacket parts consisting of rings, of which the inner ring with the piston pin eyes and the outer ring through around <B> 90 '</B> offset connection ribs is connected to the inner ring. Such pistons cannot, however, be referred to as sliding shoe pistons. In particular, they cannot meet a very important requirement, that is a certain resilient yield of the printed pages, especially at the contact points during operation.
The currently valid views on the design of light metal pistons aim for an oval shape of the piston, in which the smaller axis coincides with the piston pin axis, but at the same time the piston pin bosses are rib-like connected to the piston head so that they can expand during operation . The consequence of such an expansion is a certain springing back of the load-bearing shell parts lying in the larger axis of the oval. In this way, an expansion of the piston corresponding to the high expansion coefficient of the aluminum alloys is avoided during operation at higher temperatures .
At the same time, however, the aim must be to maintain a segment as circular as possible, corresponding to the cylinder surface, as a supporting slider, despite the distortion of the piston circumference caused by these stresses.
Attempts have been made to solve this problem also by means of simple slots which separate the sliding casing parts from the rest. Here, the springback of the pressure sides is prevented by the growth of the piston pin axis. The subject of the invention is a light metal sliding shoe piston for internal combustion engines, in which the piston jacket from the piston head by perpendicular to the piston axis extending transverse slots on the majority of the circumference ge separates and the piston pin bearings both with the self-contained piston skirt and by ribs with the piston head are firmly connected.
The novelty of the construction is that the piston jacket is drawn in on the sides facing the sliding shoes opposite the cylinder running surface and is only connected to the sliding shoes in the middle by a rib.
The retracted parts of the piston jacket carrying the connecting rib expediently have a chord-like shape in cross section.
In the accompanying drawings, two embodiments of the invention are shown as an example. It shows: Fig. 1 a piston in longitudinal section, along line 1-I in Fig. 2, Fig. 2 the same piston in cross section along line II-II in Fig. 1, and Fig. 3 another piston in longitudinal section in which, however, the connection between the piston pin bosses and the piston crown is formed by ribs of different shapes.
The piston head 1 is separated from the supporting piston skirt part 3 by the perpendicular to the piston axis extending transverse slots 2. Only the ribs 4 provide the connection between the piston pin bosses 5 and the piston head 1.
On the ribs 4, the elastically formed piston skirt is now attached, which in contrast to the earlier construction NEN also collides under the piston pin bosses, and which is separated from the piston head by the transverse slots 2 on the majority of its order. Only then are on this piston skirt. through the narrow web 8, the sliding blocks 7 is set. Instead of the ribs 4, the inclined ribs 9 drawn in FIG. 3 can take over the connection of the piston pin bosses and piston head, which go over into two parallel ribs 10 on the Kol benboden.
These pistons make it possible to transfer the greater thermal expansion of the piston head in the direction of the piston pin to the slightly colder part of the piston skirt and to stretch it in the direction of the piston pin so that the Clleitschuhflächen keep the same distance even at higher operating temperatures can. The piston skirt of this Kol ben itself is completely smooth, shows no slits against the cylinder jacket and supports the sliding blocks over almost the entire length.
The two sliding shoes of the pistons shown sit on the piston skirt rather like on a kind of resilient pad, so that they can always move something inwardly in operation as soon as the expansion in the heat wants to cause a closer attachment to the cylinder. This springs is made possible by the narrow connection formed by the ribs 8, while the rest of the resulting narrow grooves cut into give the necessary leeway for the sliding blocks. These grooves can either be cast in the raw piston or, even better, be made by milling.
On the other hand, the completely closed shape of the piston skirt of the piston shown closes the inside of the piston absolutely tightly against the cylinder surface, so that the oil consumption remains low. The particular advantage of the piston is provided is the possibility of significantly reducing the installation clearance of the piston when it is cold.
For example, it should be mentioned that a piston according to FIGS. 1 to 3 made of an aluminum silicon alloy with a coefficient of thermal expansion of about 21 × 10-6, for which a piston of about 10 cm diameter usually has an installation clearance of 0. , 10 to 0.15 mm was required, with an installation clearance of only 0.03 mm it has withstood continuous operation without difficulty.