LIGHT METAL EXPANSION-CONTROLLED PISTON FOR AN INTERNAL-COMBUSTION ENGINE

Abstract: 1. An expansion-controlled light alloy piston for internal combustion engines, wherein the load-carrying portions of the skirt are formed with apertures adjacent to the horizontal piston pin plane and the top and bottom end portions of the skirt are unapertured, characterized in that a peripheral aperture (5) extending from one piston pin boss (6) to the other (7) is formed in only one of the carrying portions of the skirt.

Description: Leichtmetall-Regelkolben für Brennkraftmaschinen Gegenstand der Erfindung ist ein Leichtmetall-Regelkolben für Brennkraftmaschinen mit in den tragenden Kolbenschaftflächen im Bereich der horizontalen Kolbenbolzenebene vorgesehenen Aussparungen und geschlossener Ausführung des oberen und unteren Endbereichs des Kolbenschafts nach Patent .. .. ... (Patentanmeldung P 29 49 091.3). Durch die Senkung des Gewichts von Bauteilen einer modernen Brennkraftmaschine, z.B. eines Otto-Motors, kann der Kraftstoffverbrauch verringert und somit ein nicht unbeachtlicher Anteil zur Energieeinsparung geleistet werden. Ausser dieser Forderung nach geringstmöglichem Gewicht werden an eine Brennkraftmaschine hinsichtlich ihres Geräusch- und Schwingungsverhaltens wegen der gestiegenen Komfortansprüche hohe Anforderungen gestellt. Ein Teil dieser Entwicklungsziele kann mit dem Einsatz von leichten Kolben durch deren kleinere oszillierende Massen erreicht werden. Für den Kolbenkonstrukteur besteht die Aufgabe, leichte Kolbenbauarten zu entwickeln, die der modernen Brennkraftmaschinentechnik angepasst sind. Eine Gewichtsreduzierung darf dabei nicht zu Lasten der Betriebssicherheit und Lebensdauer gehen. An vielfach in der Serie verwendeten konventionellen Kolben sind zur Gewichtseinsparung am Kolbenschaft im Bereich der horizontalen Kolbenbolzenebene die Bolzennaben weit möglichst /zur Mitte verschoben. Die in der Kolbenbolzenebene verlaufende Kolbenschaftaussenkontur ist dabei kastenförmig gegenüber dem runden Kolbenschaft zurückgesetzt. Am Ende des Kolbenschafts ist dieser dann wieder rund ausgeführt. Die Gewichtseinsparung gegenüber dem Vollschaftkolben entsteht durch die zur Mitte hin zurückgesetzten Kolbenschaftflächen sowie durch Verwendung eines kürzeren und damit leichteren Kolbenbolzens. Dieser konventionelle Kolben wird auch als Kastenkolben bezeichnet. Für niedrige Kolbengewichte bei unverändert ausreichenden Festigkeitseigenschaften wurden in den letzten Jahren die Bolzennaben noch weiter zur Mitte hin verschoben. Der äussere Abstand der Bolzennaben beträgt lediglich noch 70 % des Kolbendurchmessers, so dass ein sehr kurzer Kolbenbolzen eingesetzt werden kann, der eine Gesamtlänge von 65 % des Kolbendurchmessers besitzt. Die äussere Breite der kastenförmigen Schaftabstützung wurde dabei um 10 bis 15 % gegenüber dem vorstehend beschriebenen Kastenkolben verringert. Bekannt sind auch Kolben mit frei am Kolbenboden hängenden Bolzennaben, die mit dem dünnwandigen, umlaufenden Kolbenschaft über vier Stützrippen, die unter 450 angeordnet sind, verbunden sind. Die direkte Abstützung des Kolbenbodens lässt kleinere Bodendicken als bei Kolben konventioneller Bauart zu. Bodendicken von 6,5 bis 7 % des Kolbendurchmessers sind möglich gegenüber bislang erforderlichen Bodendicken von 8 bis 9 t. Unter den im Hauptpatent .. .. ... (Patentanmeldung P 29 49 091.3) beschriebenen Kolbenbauarten ist ein Leichtmetall-Regelkolben aufgeführt, bei dem ein auf dem gesamten Umfang des Kolbenschafts in Höhe der Bolzennaben umlaufender Querschlitz angeordnet ist, der sich zu den tragenden Kolbenschaftflächen hin jeweils in den oberen und unteren Kolbenschaftteil hinein erweitert. Durch diese Massnahme wird eine Gewichtsersparnis von 7 bis 10 % erzielt. Nachteilig kann jedoch in manchen Betriebszuständen sein, dass durch die bei dieser Kolbenbauart erhöhte Flächenpressung am Kolbenschaft ein erhöhter Verschleiss des Kolbenschafts eintreten kann. Dies ist besonders auf der Druckseite der Fall, da dieser Bereich des Kolbenschafts die höheren Seitenkräfte aufzunehmen hat. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen eventuell erhöhten Verschleiss unter dem Gesichtspunkt eines geringeren Gewichts des Leichtmetallkolbens vorzubeugen. Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, dass nur eine der tragenden Kolbenschaftflächen eine von Bolzennabe zu Bolzennabe umlaufende Aussparung aufweist. Zweckmässigerweise ist die Aussparung im Bereich der weniger belasteten Kolbenschaftfläche, das ist in aller Regel die Gegendruckseite, angebracht. Die höher belastete Kolbenschaftfläche besitzt entweder keine oder nur seitliche Aussparungen, die zwischen dem Hauptbereich der tragenden Kolbenschaftfläche und den Bolzennaben liegen. Im Rahmen der weiteren Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich die Aussparung in axialer Richtung über wenigstens 30 %, vorzugsweise 40 bis 55 %, der Kolbenschaftlänge und in Umfangslänge über einen Bereich von 60 bis 1200. Damit die auf den Kolbenschaft wirkenden Seitenkräfte von dem unteren Endbereich des Kolbenschafts aufgenommen werden können, ist dieser auf der Innenseite mit einem versteifenden Bund ausgestattet. Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielhaft dargestellt und wird nachstehend erläutert: In Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch die Druck-/Gegendruckebene eines Kastenkolbens mit minimalen Schaftund Bodendicken dargestellt. Der Kolben besteht aus dem Kolbenkopf 1 und dem Kolbenschaft 2, wobei am oberen Rand des Kolbenschafts 2 ein Stahlringregelglied 3 eingegossen ist. In der tragenden Kolbenschaftfläche 4 der Gegendruckseite ist der Kolbenschaft 2 von einer Ausnehmung 5 durchbrochen, die sich über 45 % der Schaftlänge beidseitig der horizontalen Kolbenbolzenebene und über eine Umfangslänge von 1100 von Bolzennabe zu Bolzennabe 7 erstreckt. Auf der Innenseite des unteren Kolbenschaftbereiches 8 befindet sich ein Bund 9. Seitlich des Hauptbereichs der tragenden Kolbenschaftfläche 10 der Druckseite sind die Ausnehmungen 11, 12 angeordnet. Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch die horizontale Kolbenbodenebene des Kolbens nach Fig. 1 mit zur Mitte hin zurückgesetzten Bolzennaben 6, 7. Die mit der erfindungsgemässen Kolbenbauart erzielten Vorteile bestehen darin, dass die Reibleistungsverluste um mehr als 3 % und das Kolbengewicht um 4 bis 6 % gesenkt werden, ohne dass Nachteile im Verschleiss und Ölverbrauchsverhalten in Kauf genommen werden müssen.

Claims: PATENTANSPRÜCHE 1. Leichtmetall-Regelkolben für Brennkraftmaschinen mit in den tragenden Kolbenschaftflächen im Bereich der horizontalen Kolbenbolzenebene vorgesehenen Ausspa rungen und geschlossener Ausführung des oberen und unteren Endbereichs des Kolbenschafts nach Patent .. .. ... (Patentanmeldung P 29 49 091.3), dadurch gekennzeichnet, dass nur in einer der tragenden Kolben schaftflächen eine von Bolzennabe (6) zu Bolzennabe (7) umlaufende Aussparung 5 vorgesehen ist. 2. Leichtmetall-Regelkolben für Brennkraftmaschinen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung 5 im Bereich der weniger belasteten Kolben schaftfläche (4), das ist in aller Regel die Gegen druckseite, vorgesehen ist. 3. Leichtmetall-Regelkolben nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die höher belastete Kolben schaftfläche (10) Aussparungen (11, 12) zwischen dem Hauptbereich der tragenden Kolbenschaftfläche und den Bolzennaben (6, 7) besitzt. 4. Leichtmetall-Regelkolben für Brennkraftmaschinen nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Aussparung (5) über wenigstens 30 %, vorzugsweise 40 bis 55 %, der Kolbenschaftlänge er streckt. 5. Leichtmetall-Regelkolben für Brennkraftmaschinen nach den Ansprüchen 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Aussparung (5) über eine Umfangslänge von 60 bis 1200 erstreckt.

Inventors: STEIDLE, WERNER, ING. (GRAD.), WACKER, ERICH, DR.-ING.
Applicants: KARL SCHMIDT GMBH
Application year: 1981
Main classification: F02F3
IPC codes: F02F3, F16J1