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CH180498A - Light metal sliding shoe pistons for internal combustion engines. - Google Patents

Light metal sliding shoe pistons for internal combustion engines.

Info

Publication number
CH180498A
CH180498A CH180498DA CH180498A CH 180498 A CH180498 A CH 180498A CH 180498D A CH180498D A CH 180498DA CH 180498 A CH180498 A CH 180498A
Authority
CH
Switzerland
Prior art keywords
piston
sliding shoe
internal combustion
light metal
combustion engines
Prior art date
Application number
Other languages
German (de)
Inventor
Schmidt G M B H Karl
Original Assignee
Schmidt Gmbh Karl
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schmidt Gmbh Karl filed Critical Schmidt Gmbh Karl
Publication of CH180498A publication Critical patent/CH180498A/en

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  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)

Description

  

      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.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH: Leichtmetallgleitschuhkolben für Ver- brennungskraftmaschinen, bei dem der Kol benmantel vom Kolbenkopf durch senkrecht zu der Kolbenaxe verlaufende Querschlitze auf dem überwiegenden Teil des Umfanges getrennt und die Kolbenbolzenlager sowohl mit dem in sich geschlossenen Kolbenman tel wie auch durch Rippen mit dem Kolben kopf fest verbunden sind, dadurch gekenn zeichnet, dass der Kolbenmantel an den die Gleitschuhe tragenden Seiten gegenüber der Zylinderlauffläche eingezogen ist und mit den Gleitschuhen nur in deren Mitte durch je eine Rippe verbunden ist. PATENT CLAIM: Light metal sliding shoe pistons for internal combustion engines, in which the piston skirt is separated from the piston head by transverse slits running perpendicular to the piston axis on most of the circumference and the piston pin bearings are firmly connected to the self-contained piston skirt as well as to the piston head by ribs are characterized in that the piston jacket is drawn in on the sides carrying the sliding shoes opposite the cylinder running surface and is only connected to the sliding shoes in the middle by a rib. UNTERANSPRUCII Kolben gemäss Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die die Verbindungs rippe tragenden eingezogenen Teile des Kol benmantels im Querschnitt sehnenartige Ge stalt aufweisen. SUBSTANTIARY Piston according to patent claim, characterized in that the drawn-in parts of the piston jacket carrying the connecting rib have a chord-like shape in cross-section.
CH180498D 1934-07-25 1935-03-08 Light metal sliding shoe pistons for internal combustion engines. CH180498A (en)

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DE180498X 1934-07-25

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CH180498D CH180498A (en) 1934-07-25 1935-03-08 Light metal sliding shoe pistons for internal combustion engines.

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