Die Verbrennungskraftmaschine Herausgegeben von Prof. Dr. Hans List Graz Band 10 Das Triebwerk schnellaufender Verbrennungskraftmaschinen Springer-Verlag Wien GmbH Das Triebwerkschnellaufender Verbrennungskraftmaschinen Von Dipl.-Ing. H. Kremser Oberingenieur, Graz Zweite, neubearbeitete Auflage Mit 187 Textabbildungell Springer-Verlag Wien GmbH ISBN 978-3-7091-3573-0 ISBN 978-3-7091-3572-3 (eBook) DOI 10.1007/978-3-7091-3572-3 Alle Rechte, insbesondere das der Übersetzung in fremde Sprachen, vorbehalten Copyright 1949 by Springer-Verlag Wien Ursprünglich erschienen bei Springer-Verlag in Vienna 1949 Vorwort zur ersten Auflage. Dem Wunsche des Herrn Professor Dr.-Ing. HANS LIST, im Rahmen des von ihm her ausgegebenen Werkes die Bearbeitung der Gestaltung der schnellaufenden Otto- und Diesel-Motoren zu übernehmen, bin ich aus folgenden Gründen gerne nachgekommen: Erstens um die in meiner Tätigkeit gesamrp.elten Erfahrungen einem größeren Kreis, vor allem den in der Praxis stehenden Jungingenieuren und den Studierenden, zu gänglich zu machen und dadurch zur Heranbildung des Nachwuchses der deutschen Technik beizutragen; zweitens um dem entwerfenden Konstrukteur die an einer großen Zahl ausgeführter und bewährter Verbrennungsmotoren gewonnenen Erfahrungen in gedrängter Form in die Hand zu geben und damit an der Ersparung von Arbeitszeit mitzuwirken. Der Umfang der Arbeit erforderte ihre Teilung in zwei Hefte. Entsprechend der Reihenfolge beim Entwurf enthält das vorliegende, zuerst erscheinende Heft die Be sprechung des Triebwerkes. Dabei wird die Bauform des Motors (Arbeitsverfahren, Zahl und Anordnung der Zylinder) als gegeben vorausgesetzt. Richtlinien für die Wahl der jeweils zweckmäßigsten Bauform werden im Zusammenhang mit der Besprechung des Aufbaues der Maschinen im folgenden Heft gebracht. Bei der Konstruktion von Verbrennungskraftmaschinen stützt man sich haupt sächlich auf Erfahrungen, weniger auf Rechnungsergebnisse. Die klassische Festig keitslehre mit ihrer ungenügenden Erfassung des Einflusses der Form gibt nicht die wirklichen Spannungen in den Teilen, sondern, abgesehen von ganz einfachen Formen, nur Mittelwerte der Beanspruchungen, die zum Vergleich dienen können. Für die Bemessung der Bauteile ist damit in den meisten Fällen die Erfahrung und der Versuch entscheidend. Bei der Verwertung von Erfahrungen überträgt man die Abmessungen von im Betrieb bewährten Teilen auf den neuen Entwurf. Dabei verwendet man in der Praxis meist Verhältniszahlen, welche die Abmessungen der Teile auf Hauptabmessungen der Maschine (meist auf den Zylinderdurchmesser) beziehen. Dieses im Heft 8 durch Ähnlichkeits beziehungen begründete Verfahren wird ergänzt durch die Ermittlung von Vergleichs (Nenn-) Spannungen mittels der klassischen Festigkeitslehre. Diese können bei ähnlich geformten Konstruktionselementen für gleiche Bruchsicherheit gleichgesetzt werdep. Von der Verwendung der wirklichkeitsgetreuen Festigkeitslehre, die noch viel zu wenig fortgeschritten ist, um mehr als in wenigen beschränkten Fällen anwendbar zu sein, wurde in der Arbeit abgesehen. Bei Entwicklungen von schnellaufenden Verbrennungsmotoren, die über den jetzigen Stand der Technik wesentlich hinausgehen, ist man bezüglich der Brauchbarkeit neuer oder neuartig geformter Konstruktionselemente auf den Versuch angewiesen. Dieser wird entweder aus Ersparungsgründen am einzelnen Teil vorgenommen, der durch geeignete Einrichtungen möglichst betriebsgetreu beansprucht wird, oder man erprobt die Teile zuerst in einer Versuchsmaschine, und dann zur Sicherung gegen Brüche infolge Ungleichmäßigkeiten in den Festigkeitseigenschaften des Werkstoffes und in den Arbeits vorgängen in kleineren Versuchsserien. Erst auf Grund der dann vorliegenden Erfah rungen kann mit dem Serienbau der Maschine begonnen werden. In der Arbeit wird durchwegs der Standpunkt des im praktischen Motorenbau ge staltend tätigen Ingenieurs eingenommen, der meiner engeren Fachtätigkeit als Leiter der Konstruktionsabteilung für schnellaufende Motoren bei der Klöckner-Humboldt Deutz A. G. entspricht. VI Vorwort. Der Entwurf eines schnellaufenden Verbrennungsmotors beginnt mit der Ermittlung der Drehschwingungslage der Maschine. Zur Berechnung der kritischen Drehzahlen ist bereits die genaue Kenntnis des Motorentriebwerkes erforderlich. Es ist sonst üblich, mehrfache Annahmen des Triebwerkes beim Entwurf einer Maschine zu machen und die Brauchbarkeit der Annahmen durch die nachfolgende Schwingungsrechnung zu prüfen. Es war das Ziel der vorliegenden Arbeit, diese zeitraubende Tätigkeit auf das notwendigste Maß einzuschränken. Dazu wurden die Triebwerksabmessungen und Triebwerksgewichte einer großen Anzahl von Otto- und Diesel-Motoren unter Berücksichtigung der Bauart und Zylinderzahl in Kurvenblättern zusammengestellt. Der entwerfende Konstrukteur soll dadurch in kürzester Form einen Überblick über die Abmessungen bereits gebauter Maschinen bekommen und in die Lage versetzt werden, die erste Annahme des Trieb werkes von vornherein so zu treffen, daß eine mehrmalige Wiederholung des Entwurfes unterbleiben kann. Das vorliegende Heft enthält weiters einen kurzgefaßten Überblick über die für das Triebwerk schnellaufender Verbrennungsmotoren üblichen Werkstoffe und ihre physi kalischen und technischen Eigenschaften. Die Darstellung wurde in möglichst knapper Form gehalten, um auch einem stark beschäftigten Konstrukteur der Industrie die Möglichkeit zu geben, sich rasch unter richten zu können. Die Ausführungen beschränken sich daher auf das wesentlichste und enthalten nur diejenigen Richtlinien, Verfahren und Theorien, deren Brauchbarkeit für den gestaltenden Ingenieur ich selbst erprobt habe. Herr Dr. C. ENGLISCH danke ich für die Ergänzung der Arbeit durch seinen Beitrag über die Abdichtwirkung der Kolbenringe. Weiters möchte ich den Kolbenfirmen Mahle Komm.-Ges., Stuttgart-Bad Cannstatt, Nüral-Aluminiumwerke, Nürnberg, Karl Schmidt G. m. b. H., Neckarsulm, sowie den Glyco-Metall-Werken, Wiesbaden, die mich durch Überlassungen von Zeichnungen, Werksdruckschriften und Gefüge bildern sehr unterstützt haben, danken. Besonderen Dank schulde ich der Klöckner-Humboldt-Deutz A. G., die eine größere Zahl von Zeichnungen zur Veröffentlichung freigegeben hat, sowie den anderen Unternehmungen, die Material zur Verfügung gestellt haben. Ich möchte nicht versäumen, Herrn Prof. Dr.-Ing. LIST und dem Verlag für die mir gegebene Möglichkeit zu danken, meine im Laufe einer lang jährigen Konstruktionstätigkeit auf dem Gebiete schnellaufender Verbrennungsmotoren gesammelten Erfahrungen in dieser Weise niederzulegen. Köln, Oktober 1939. H. KREMSER. Vorwort zur zweiten Auflage. Bei der Bearbeitung der zweiten Auflage wurde die neue Entwicklung im Motorenbau in Text und Abbildungen berücksichtigt. Der Umfang des Bandes wurde durch Auf nahme von Hilfstafeln, die für den Konstrukteur von Nutzen sein werden, und von mehreren neuen Konstruktionen erweitert. Die Form der Darstellung der ersten Auflage konnte beibehalten werden, denn so weit ich feststellen konnte, hat sie sich beim Gebrauch des Bandes in den Konstruk tionsbüros der Industrie und in den Konstruktionssälen der technischen Lehranstalten bewährt. Herrn Dipl.-Ing. H. PRETTENHOFER bin ich für die mühevolle Arbeit des Korrektur lesens zu Dank verpflichtet. Graz, Dezember 1948. H. KREMSER. Inhaltsverzeichnis. Seit.e A. Die Kolben ..... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1. Allgemeines. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 11. Die Kolbenwerkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1. Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2. Kupfer-Aluminium-Legierungen .............................................. 4 Y -Legierung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Nüral 142 ................................................................. 6 EC-Y............. .... ......... ... .... ... .... ...... ..... ... ................ 7 Ks-Y...................................................................... 7 Nüral 200 ................................................................. 8 Nüral 122 ................................................................. 8 EC 101 ................................................................... 9 3. Silizium-Aluminium-Legierungen ............................................. 10 Alusil. . . . . . . . . . . . . . . . . . .. ................................................. 11 KS 245 ................................................................... 11 KS 280 .............................................................. ;.... 12 KS 1275 .................................................................. 13 Emkasil ................................................................... 13 Emkaalsi .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 14 Nüral 132a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Nüral 132b . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 16 Nüral 132c . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 16 Nüral 1761 ................................................................ 17 EC 124 ................................................................... 18 EC 138 ............................................................. ,..... 20 4. Die Warmhärte von Kolbenlegierungen ...................................... 22 II!. Die Gestaltung von Kolben........ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 22 1. Schnellaufende Diesel-Motoren. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 22 a) Kolbengewichte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 22 b) Kolbenlänge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 22 c) Lage des Kolbenbolzens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 24 d) Lage des obersten Kolbenringes .......................................... 24 e) Anzahl der Kolbenringe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 28 f) Kolbenbodenstärke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 30 g) Kolbenringteil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 33 h) Kolbenschaft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 33 i) Kolbenbolzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 34 j) Kolbenspiel ............................................................. 35 k) Oberflächenbehandlung von Kolbengleitflächen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 38 a) Eloxalverfahren 39 - ß) Das Verzinnen der Kolbenlauffläche 39 - y).Das Ver bleien der Kolbenlauffläche 40 - 6) Das Graphitieren der Kolbenlauffläche 40. 2. Schnellaufende Otto-Motoren für Kraftwagen ................................. 40 a) Kolbengewichte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 40 b) Kolbenlänge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 40 c) Lage des Kolbenbolzens . _ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 41 d) Lage des obersten Kolbenringes .......................................... 42 e) Anzahl der Kolbenringe.... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 42 f) Kolbenbodenstärke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 43 g) Kolbenbolzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 44 h) Kolbenspiel ............................................. : . . . . . . . . . . . . . .. 47 i) Überblick über Kolbenabmcssungen ....................................... 47 k) Bauarten von Kolben für Kraftwagenmotoren ............................. 47 a) Der Invar-Kolben (Nelson-Kolben) 49 - ß) Der Autothermie-Kolben 50 - y) Der Schlitzmantelkölben 50 - 6) Glattschaftige Kolben 55. VIII In}laltsverzeielmis. Seite 3. Kolbenringe ............................................................... 56 a) Abdichtwirkung selbst spannender Kolbenringe.............................. 56 a) Gasdurchtritt 56 - ß) Druckverlauf in Kolbendichtungen 57 - y) Ringspan nung-Anpreßdruck 58 - 0) Axiale Höhe der Ringe 59 - c) Das "Flattern" der Kolbenringe 59. b) Kolbenringstoß .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 62 c) Ölabstreifringe ............................................... : . . . . . . . . . .. 62 d) Beziehungen zwischen Anpreßdruck, Beanspruchung und Abmessungen der Kolbenringe ........................................................... " 63 e) Kolbenringnormen ....................................................... 63 f) Kolbenringmaterial ...................................................... 63 g) Bearbeitung der Kolbenringe......... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 63 4. Der \Verkstoff für Kolbenbolzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 66 B. Die Kurbelwellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 68 1. Allgemeines. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 II. Die Berechnung von Vergleichswerten für die Festigkeitsbeanspruchung von Kurbel- wellen ............................................................ ,. .... ... .. 75 Irr. Die Gestaltung der Kurbelwellen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 77 1. Schnellaufende Diesel-Motoren. Einreihenmotoren ............................. 77 a) Zylinderabstand ......................................................... 77 b) Kurbelzapfen ........................................................... 78 c) Wellenzapfen .... ...... .. ..... .......... .. ... ... ............ .......... ... 79 d) Kurbelwangen ..... .. .... . . ... . .... . .......... .... ....... ............ . ... 80 e) Gegengewichte .......................................................... 80 f) Ausbildung der \Vellencnden ............................................. 83 2. Sehnellaufende Diesel-Motoren. V-Motoren. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 89 a) Zylinderabstand ......................................................... 89 a) Nebeneinanderliegende Pleuelstangen 89 - ß) Gabelstangen 89 - y) Angelenkte Plouelstangen 90. b) Kurbelzapfen ........................................................... 90 c) Wellenzapfen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 91 d) Kurbelwangen ......................................................... " 93 e) Ausbildung der ~Wellenenden ............................................. 93 3. Schnellaufende Otto-Motoren. Kraftwagenmotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 94 a) Zylinderabstand ......................................................... 94 b) Kurbelzapfen ........................................................... 95 c) Wellenzapfen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 96 d) Kurbelwangen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 98 e) Vorderes Wellenende ............................................... " .... 100 f) Schwungradseitiges Wellenende ........................................... 102 4. SonderbauartCll. Geteilte Kurbelwellen ....................................... 102 a) Flanschverbindungen ................................................... " 102 b) Verzahnungsverb indungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 104 c) Schrumpfverbindungen ................................................... 104 d) Klemmverbindungen ..................................................... 105 IV. Der Werkstoff für Kurbelwellen ............................................... 105 1. Geschmiedete Kurbelwellen .................................................. 105 2. Gegossene Kurbelwellen .................................................... 106 3. Elektrisch-stumpfgeschweißte Kurbelwellen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 109 C. Die Kurbel- und Wellenlager ....................................................... 111 1. Ölzufuhr und Ölverteilung ..................................................... 111 11. Lagermetalle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 115 1. \Veißmetall .................................................... , .. , ........ 116 2. Cadmium-Legierungen ...................................................... 118 a) Cd-Ni-Legierungen ....................................................... 118 b) Cd-Ag-Legierungen ...................................................... 119 3. Kupfer-Blei-Legierungen .................................................... 120 Inhal tsverzeichnis. IX Seite IH. Die Gestaltung der Lager ...................................................... 123 1. Lager für schnellaufende Diesel-Motoren. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 123 2. Lager für Otto-Motoren für Kraftwagen ...................................... 128 D. Die Pleuelstangen ................................................................. 130 1. Allgemeines ................................................................... 130 1. Länge der Pleuelstangen ................. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 132 a) Otto·Motoren für Kraftwagen ............................................ 132 b) Schnellaufende Diesel·Motoren ............................................ 132 c) Otto.Flugmotoren........... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 133 H. Die Gestaltung der Pleuelstange ............................................... 133 1. Oberes Pleuelstangenauge ................................................... 133 2. Pleuelstangenschaft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 135 a) Druck- und Knickbeanspruchung durch den Zünddruck ..................... 135 b) Beanspruchung durch Fliehkräfte des Schaftes ............................. 136 c) Zugbeanspruchung ....................................................... 137 d) Gesamtbeanspruchung ................................................... 138 3. Unterer Pleuelstangenkopf .................................................. 140 4. Sonderausführungen ........................................................ 146 a) Schräggeteilte Pleuelstangen .............................................. 146 h) Pleuelstangen für V ·Motoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 148 a) Gabelpleuelstange 148 - ß) Hauptpleuelstange mit ange1enkter Nebenpleuel stange 151 -- 1') Nebeneinanderliegende l'leuelstangen 155. 5. Nachrechnung ausgeführter Pleuelstangen .................................... 156 Beispiel 1. Pleuelstange des. Ford V·8·Motors, Abb. 186 ....................... , 156 Beispiel 2. Gabelpleuelstange eines schnellaufenden V-Diesel·Motors, Abb. 187 .. , 159 6. Der Werkstoff für Pleuelstangen ............................................ 163 A. Die Kolben. I. Allgemeines. Die mechanischen und thermischen Aufgaben des Kolbens sind nachfolgend zu sammengefaßt : 1. Der Kolben bildet eine Begrenzung des Verbrennungsraumes, er hat diesen mittels der Kolbenringe gasdicht abzuschließen. 2. Er überträgt die auf ihn wirkenden Gasdrücke und seine Massenkräfte über den Kolbenbolzen auf die Pleuelstange, die dabei senkrecht zu seiner Bewegungsrichtung anfallende Teilkraft (Gleitbahndruck) über seine Gleitflächen auf die Zylinderlauffläche. 3. Die von den Gasen an den Kolbenboden abgegebene Wärme muß von diesem zum größten Teil über die Zylinderwand an das Kühlmittel abgeführt werden. Bei diesem Wärmefluß sollen weder zu hohe Temperaturen noch infolge des tg Temperaturgefälles zu große Wärmespannungen entstehen. 4. Zur Regulierung der Spritzölzufuhr zur Zylindergleitfläche, vor allem zur Vermeidung zu starker Schmierung, trägt der Kolben mei stens Ölabstreifringe. Die Kräfteverhältnisse im Kol ben sind in Abb. 1 dargestellt. Die Gaskraft P und die Massenkraft Pb (J geben die Kolbenkraft P, die in der Achse des Kolbenbolzens in die zwei Komponenten S in Richtung der Stange und N senkrecht zur Gleitbahn zerlegt wird. Der Gleit bahndruck N wird über die Kolben gleitfläche auf die Zylinderlauf fläche übertragen. Der Wärmefluß durch den Kol ben ist nach HUG [1] durch Abb. 2 Abb. 2. WärmcfJl1ß durch den Kolhcn nach Ahh.1. HUG. veranschaulicht. Durch jeden von zwei Stromlinien gebildeten Kanal strömt die gleiche Wärmemenge, die Dichtheit der Stromlinien ist demnach ein Maß für die Stärke des Wärmeflusses. Man sieht, daß die Wärme zum größten Teil vom Kolbenboden zu den Kolbenringen und über diese auf die Zylinderwand strömt. Nur geringe Teile des Wärmeflusses gehen vom Kolben direkt auf die Zylinderwand, nur kleine Bruchteile, höchstens 7 bis 10 % der abzu führenden Wärme werden an die Luft im Inneren des Kurbelgehäuses abgegeben. Von den Kolbenringen hat der oberste den größten Wärmedurchgang. Der Kolben unterliegt daher gleichzeitig mechanischen und thermischen Bean spruchungen, die an seinen Werkstoff und seine Gestaltung hohe, zum Teil sich wider sprechende Anforderungen stellen. So soll z. B. der Werkstoff bei hoher Temperatur List, Verhrennungskraftmasehine, H. 10, Kremser, 2. Ann. 1 2 Die Kolbenwerkstoffc. hohe Festigkeit haben, während die Festigkeit der Metalle mit steigender Temperatur im allgemeinen abnimmt. Es sollen große Wärmeleitquerschnitte zur Abfuhr der Wärme zur Verfügung stehen und im Gegensatz dazu das Gewicht des Kolbens nieder sein, damit die Massenkräfte innerhalb der zulässigen Grenzen liegen. 11. Die Kolbenwerkstoffe. 1. Allgemeines. Bei raschlaufenden Motoren werden heute mit Rücksicht auf das Gewicht und auf die Wärmeleitfähigkeit für die Kolben fast ausschließlich Leichtmetalle verwendet. Es wird daher nur auf diese näher eingegangen. An diese Werkstoffe müssen die folgen den Anforderungen gestellt werden: 1. Der Werkstoff soll eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit besitzen, damit die Wärme ohne allzu großes Temperaturgefälle abgeführt werden kann. 2. Der Werkstoff soll gute Festigkeitseigenschaften haben. Wichtig ist eine gute Warm festigkeit, da Temperaturen bis 3500 C im Kolbenboden erreicht werden und vor allem in dem Teil, welcher die Kolbenringe aufnimmt, kein Erweichen des Werkstoffes eintreten darf, um das Ausschlagen der Kolbenringnuten zu verhindern. Von größter Bedeutung ist weiters hohe Wechselfestigkeit, um den wechselnden Beanspruchungen zu genügen, denen der Viertaktkolben durch Gas- und Massenkräfte ausgesetzt ist. 3. Der Werkstoff soll eine geringe Wärmedehnung besitzen, damit das Kolbenspiel bei kalter Maschine nicht zu groß bemessen werden muß und bauliche Maßnahmen zur Herabsetzung des Kolbenspiels (Schlitzmantelkolben u. a.) sich erübrigen. 4. Der Werkstoff muß eine gute und wirtschaftliche Bearbeitung ermöglichen. Er muß leicht zu gießen sein, d. h. zwischen Beginn und Ende der Erstarrung soll kein großer Temperatursprung liegen. Die beste Wärmeleitfähigkeit besitzen die Reinmetalle, dafür sind Festigkeit, Härte und Abnützungswiderstand gering. Bessere und genügende Festigkeitseigenschaften besitzen Legierungen, deren Zusätze in fester Lösung aufgenommen sind. Chemisch metallische Verbindungen besitzen hohe Härte, gute Laufeigenschaften, sind jedoch sehr spröde und genügen den Anforderungen an eine gute Bearbeitbarkeit nicht. Die früher angeführten Forderungen an ein gutes Kolbenmaterial sind, wie aus dem Vorstehenden ersichtlich, miteinander schwer zu vereinbaren. Die Wahl der zu verwendenden Legie rungen bedeutet demnach ein Kompromiß, bei dem man die verschiedenen geforderten Eigenschaften in ein möglichst günstiges Verhältnis zueinander zu bringen sucht. Der Ausgangspunkt für die Entwicklung der Leichtmetallwerkstoffe waren Kupfer Aluminium -Legierungen, die als deutsche oder amerikanische Legierungen zur Her stellung von Kurbelgehäusen schon früh Verwendung gefunden haben. Um eine Erhöhung der Festigkeitseigenschaften zu erreichen, ging man bei der Herstellung der Kolben von Sandguß auf Kokillenguß über, sofern sie nicht, um Höchstbeanspruchungen zu genügen, gepreßt werden. Heute werden Leichtmetallkolben fast ausschließlich durch Kokillen guß hergestellt. Man erreicht durch den Kokillenguß nicht nur ein wirtschaftlicheres Gießen der Kolben, sondern auch eine wesentliche Verbesserung der Festigkeitseigen schaften durch die Abschreckwirkung der Kokille. Verglichen mit Graugußkolben, haben Leichtmetallkolben eine Reihe von Vorteilen: Das geringe Gewicht des Leichtmetallkolbens erlaubt höhere Motordrehzahlen bei erträglichen Massenkräften . Die gegenüber Grauguß wesentlich bessere Wärmeleitfähigkeit setzt bei Benzin- und Gasmotoren die Klopfneigung (siehe Heft 6) wesentlich herab, so daß höhere Verdich tungsverhältnisse verwendet werden können, wodurch die Brennstoffausnützung gün stiger wird.