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Flüssigkeitsgekühlter Kolben für Brennkraftmaschinen Die Erfindung
betrifft einen flüssigkeitsgekühlten Kolben für Brennkraftmaschinen, der auf den
Umfang verteilte, nach dem Kurbelraum offene Kühlräume unter dem Kolbenboden im
Bereich der Kolbenringe aufweist, in die Schmieröl eingeleitet wird und die mit
Mitteln versehen sind, welche in den Kühlräumen eine bestimmte Höhe des Ölspiegels
begrenzen.
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Arbeitskolben der vorstehend beschriebenen Art sind an sich bekannt.
Bei ihnen wird durch die Anordnung und Ausbildung der Hohlräume eine Schwächung
des Kolbens hervorgerufen, weil die Wandstärken des Kolbens klein werden müssen,
wenn man eine wirksame Kühlung erreichen will. Es ist die Aufgabe der neuen Erfindung,
eine solche Schwächung zu vermeiden, wobei jedoch gleichzeitig auch eine bessere
Kühlung erreicht werden soll. Durch die besondere Form und Anordnung der Hohlräume
soll auch eine bessere Verteilung der abzuführenden Wärmemenge auf die unteren Kolbenringe
erreicht werden.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Kühlräume
zylindrische Bohrungen sind, die, im wesentlichen in Längsrichtung des Kolbens verlaufend,
bis nahe an den Kolbenboden herangeführt sind und in die von der dem Kolbenboden
abgewendeten Seite her Röhrchen kleineren Durchmessers hineinragen, welche das Kühlmittel
zu- oder abführen und im Verein mit in die Kühlräume mündenden Ab- bzw. Zuführungsbohrungen
stets eine bestimmte Kühlmittelmenge in den Kühlräumen zurückhalten.
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Durch die Erfindung wird erreicht, daß eine sehr steife Ausbildung
der Verbindung des Kolbenbodens mit dem Kolbenschaft geschaffen wird. Eine Verformung
des Kolbens durch hohe Zünddrücke wird daher weitgehend vermieden. Die Unterteilung
in viele Kühlräume gewährleistet eine gleichmäßigere Kühlung auf den ganzen Umfang
des Arbeitskolbens, weil das Zusammenlaufen von nur heißem Kühlöl an einer Stelle
vermieden wird. Außerdem wird die Schüttelbewegung des Öles durch die Unterteilung
und die Form der Hohlräume ausschließlich in Längsrichtung des Kolbens erzwungen.
Das jedem Hohlraum zugeführte frische Kühlöl wird gemäß der Erfindung aus dem gleichen
Hohlraum wieder abgeführt.
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Es ist ein gekühlter Kolben für Brennkraftmaschinen mit zwangsweiser
Kühlölförderung bekanntgeworden, bei dem im Bereich der Kolbenringe auf den Umfang
des Kolbens verteilte, in Längsrichtung des Kolbens verlaufende und bis nahe an
den Kolbenboden heranreichende Bohrungen für die Kühlölführung vorgesehen sind.
Bei diesem bekannten Kolben findet eine wirksame Abführung der Wärme nur dann statt,
wenn das Kühlöl mit einer nennenswerten Geschwindigkeit durch die Bohrungen hindurchgefördert
wird. Bei einer Unterbrechung der Ölförderung schleudern sich die Kühlräume leer,
so daß eine Kühlung überhaupt nicht mehr stattfindet. Demgegenüber findet gemäß
der Erfindung eine ausreichende Kühlung auch bei einer kurzzeitig unterbrochenen
oder verminderten Förderung von Kühlöl statt, weil eine Entleerung der Kühlräume
nicht eintreten kann, da die erfindungsgemäßen Röhrchen stets eine bestimmte Kühlmittelmenge
in den Kühlräumen zurückhalten.
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Außer dem vorbeschriebenen bekannten Kolben ist weiterhin noch ein
gekühlter Kolben bekanntgeworden, bei dem eine Vielzahl auf den Umfang verteilte,
in Längsrichtung des Kolbens verlaufende Kühlräume vorgesehen sind. Diese Kühlräume
sind jedoch allseitig geschlossen. Sie sind nur zum Teil mit Kühlflüssigkeit gefüllt.
Von diesem bekannten Kolben unterscheidet sich der erfindungsgemäße Kolben in vorteilhafter
Weise dadurch, daß es bei ihm möglich ist, durch eine Förderung von Kühlöl den Inhalt
der Kühlräume zu erneuern.
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In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise
dargestellt.
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Abb.1 zeigt den Arbeitskolben einer Brennkraftmaschine in senkrechtem
Längsschnitt, Der Schnitt ist ein Winkelschnitt, der abgewickelt in Erscheinung
tritt; Abb. 2 zeigt einen Schnitt nach der Linie II-II in Abb. 1. In Abb. 2 ist
der Kolben vom Zylinder umgeben gezeichnet, so daß die Partie der Spül- und Auspuffkanäle
für eine schlitzgesteuerte Zweitaktbrennkraftmaschine im Schnitt zu erkennen sind;
Abb.
3 zeigt einen senkrechten Längsschnitt durch einen anderenArbeitskolben einerBrennkraftmaschine;
Abb. 4 zeigt einen Schnitt nach der Linie IV-IV in Abb. 3 ; Abb. 5 zeigt einen senkrechten
Längsschnitt durch einen weiteren Arbeitskolben einer Brennkraftmaschine; Abb. 6
zeigt einen Schnitt nach der Linie VI-VI in Abb. 5.
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Der in den Abb. 1 und 2 dargestellte Arbeitskolben für Brennkraftmaschinen
hat einen Kolbenboden 1,
der mit dem Kolbenschaft 2 zusammengegossen
ist. Im Kolbenschaft 2 befinden sich die Augen 3 zur Lagerung des
Kolbenbolzens 4, an dem die Pleuelstange 5 angreift. Der Kolbenbolzen
4 ist durch Springringe 6
gegen Längsverschiebung gesichert. In der
Nähe des Kolbenbodens sind in der Außenseite des Schaftes 4 Ringnuten eingedreht,
die zur Aufnahme der Kolbenringe 7 dienen.
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Der in den Abb. 1 und 2 dargestellte Arbeitskolben wird durch Schmieröl
gekühlt. Zu diesem Zweck ist im Inneren des Kolbens unter dem Kolbenboden 1 ein
mit dem Kolbenschaft verbundener Ringwulst 8 angeordnet, in dem auf dem Umfang
des Kolbens verteilte, nach dem Kurbelraum zu offene Hohlräume 9 vorgesehen
sind. Die Hohlräume 9 erstrecken sich in Längsrichtung des Kolbens. Sie sind,
wie insbesondere die Abb. 1 erkennen läßt, etwa auf einen der kleinsten am Kolbenschaft
vorhandene Wandstärke entsprechenden Abstand bis an die Kolbenringe 7 und
an den Kolbenboden 1 herangeführt. Die Hohlräume 9 sind einfache zylindrische
Bohrungen. Sie können unmittelbar eingegossen, aber auch nachträglich eingebohrt
werden.
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In den Hohlräumen 9 sind Mittel vorgesehen, die den Zweck haben,
in den Hohlräumen eine ein bestimmtes Maß nicht überschreitende Höhe des Ölspiegels
zu begrenzen. Diese Mittel sind in die Hohlräume von unten her eingesetzte Röhrchen
10, die einen kleineren Durchmesser haben als die Hohlräume und die bis zu
einer einen genügenden Ölvorrat sichernden Höhe in die Hohlräume 9 hineingeführt
sind. Die Röhrchen 10 sind in Stopfen 11 befestigt,. die mit den Röhrchen
zusammen von unten her in die Bohrungen 9
eingepreßt werden. Dort, wo sich
die Augen 3 zur Lagerung des Kolbenbolzens 4 im Innern des- Kolbenschaftes
2 befinden, sind die Bohrungen 9 mit ihrem dem Kurbelgehäuse zugewandten
Ende etwas nach der Längsmittelachse des Kolbens zu geneigt.
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Bei dem Kolben nach den Abb. 1 und 2 ist zur Zuführung des Kühlöls
in die Hohlräume 9 eine am unteren Ende des Kolbenschaftes 2 im Innern des
Kolberas nach dein Kolbenboden 1 zu offene Fangrinne 12
vorgesehen.
In dieser Fangrinne sammelt sich das vom Kurbelgehäuse in das Innere des Kolbens
hineingeschleuderte Öl. Von der Fangrinne 12 aus wird das Öl durch die bei
der Bewegung des Kolbens eintretende Beschleunigung und Verzögerung an der Innenwand
des Schaftes 2 vorbei zu den Röhrchen 10 geführt und tritt durch diese
Röhrchen in die_Hohlräume 9 ein. In den Hohlräumen 9 hält sich das
Kühlöl in einer der Höhe der Röhrchen 10 entsprechenden Menge. Das, was darüber
hinaus in die Hohlräume 10 eingeführt wird, wird durch die Röhrchen
10 auch wieder aus den Hohlräumen hinausgeschleudert. Auf diese Weise erneuert
sich in jedem der Hohlräume das kühlende Öl fortlaufend. Zur Verbesserung der Ölabführung
ist es jedoch zweckmäßig, wenn von den Hohlräumen 9 aus radial nach dem Inneren
des Kolbens zu gerichtete Bohrungen 13 vorgesehen sind. Die Bohrungen 13 gewährleisten
einen ungehinderten. Zutritt des kühlenden Öles durch die Röhrchen 10 in
die Hohlräume 9, aus denen es durch die radialen Bohrungen 13 wieder
austritt.
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Die in den Abb. 3 bis 6 dargestellten Arbeitskolben unterscheiden
sich in bezug auf die Art der Wirkung des Kühlöles in den Hohlräumen nicht. Die
in den Abb. 3 bis 6 dargestellten Kolben sind dagegen solche, bei denen zur Lagerung
des Kolbenbolzens ein Bolzenstuhl vorgesehen ist. Der Bolzenstuhl wird gemäß einem
weiteren Gedanken der Erfindung dazu ausgenutzt, daß er in seinem Inneren für die
Ölzu- und -abfuhr bestimmte Bohrungen hat, die mit Bohrungen im Kolbenbolzen und
in der Pleuelstange in Verbindung stehen.
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Bei dem Arbeitskolben nach den Abb. 3 und 4 ist der Kolbenboden mit
14 bezeichnet. 15 ist der mit dem Kolbenboden zusammengegossene Kolbenschaft, in
den die Kolbenringe 16 eingesetzt sind. Der im Inneren des . Kolbens angeordnete
Ringwulst ist mit 17 bezeichnet. In ihm befinden sich die Hohlräume
18. Der Kolbenbolzen 19 ist ein solcher, der mit der Pleuelstange
20 fest verschraubt ist. Er ist in einem besonderen Bolzenstuhl21 gelagert,
der in das Innere des Kolbens eingesetzt ist. Ein Federring 22 dient dabei
zur Sicherung der gegenseitigen Lage von Kolben 14,
15 und Bolzenstuhl
21. Der Bolzenstuhl 21 ersetzt die Stopfen 11 und die Röhrchen,
er kann aber auch Röhrchen 23 tragen, die von unten her in 'der erfindungsgemäßen
Weise in die Hohlräume 18 hineinragen. Die Röhrchen 23 schließen an
Längsbohrungen 24 im Bolzenstuhl 21 an, die nach dem Kurbelgehäuse
zu offen sind. Die Röhrchen 23 und die Bohrungen 24 dienen zur Abführung
des in die Hohlräume 18 eingeführten Kühlöles. Die Zuführung des Kühlöles
erfolgt durch eine Bohrung 25 der Pleuelstange, durch eine Bohrung
26 des Kolbenbolzens und durch eine Nut 27 mit einer anschließenden Bohrung
28 des Bolzenstuhls. Die Bohrung 28 führt zu einer durch den Bolzenstuhl
und den Kolbenschaft gebildeten Ringnut 29, die als Verteiler für das Schmieröl
in die Hohlräume 18 dient.
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Der Arbeitskolben nach den Abb. 5 und 6 unterscheidet sich v_ an dem
nach den Abb. 3 und 4 dadurch, daß die in die Hohlräume 30 eingeführten Röhrchen
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mit einem Ringraum 32 zur Zuführung des Schmieröles in Verbindung
stehen. Dem Ringraum 32 wird das Kühlöl durch eine Bohrung 33 der
Pleuelstange und Bohrungen 34 und 35 des Kolbenbolzens zugeleitet. Bei dem Arbeitskolben
gemäß den Abb. 5 und 6 sind von den Hohlräumen 30 aus radial gerichtete Bohrungen
36 nach dem Inneren des Kolbens geführt. Sie dienen wie die radial gerichteten Bohrungen
13 bei dem Arbeitskolben nach den Abb. 1 und 2 zur Abführung des Schmieröles.
Sie führen jedoch in einen durch den Kolbenboden 37, durch den Ringwulst 38 und
durch einen Aufsatz 39 des Bolzenstuhls 40 gebildeten Hohlraum 41,
der über eine Bohrung 42 Verbindung mit dem Kurbelraum der Maschine hat.
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Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung ist es bei einer schlitzgesteuerten
Zweitaktbrennkraftmaschine mit einseitiger Umkehrspülung vorteilhaft, wenn die Hohlräume
auf der Auspuffseite einen engeren Abstand voneinander haben. Es erfolgt dadurch
auf der heißen Auspuffseite eine intensivere Kühlung des Kolbens. In der Abb. 2
sind die Auspuffkanäle des Zylinders 43 mit 44 bezeichnet. Dort, wo die Auspuffkanäle
44 liegen, stehen die Hohlräume 9. näher beieinander: 45 sind die
Spülkanäle.
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Der gleiche Effekt wird erreicht, wenn die Zuführung des Kühlöles
zu den Hohlräumen auf der Auspuffseite
liegt und die Abführung
auf der gegenüberliegenden Seite.