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Kolben Die Erfindung betrifft Tauchkolben, die einen Kopf haben, von
dem ein 'Mantel ausgeht, der die Kolbenbolzenlager trägt. Insbesondere bezieht sich
die Erfindung auf die Kühlung solcher Kolben durch Schmieröl, das in das Innere
des Kolbens vom Ende der Schubstange geliefert wird, der es durch Kanäle zugeführt
wurde, wobei die Lieferung des Öles vorzugsweise durch die Anordnung von Kanälen
im großen Endlager und im Kurbelzapfen zeitlich eingestellt ist.
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Bei einem bekannten Verfahren zum Kühlen der Kolben von Verbrennungskraftmaschinen
wird 01
die Schubstange aufwärts aus dem großen Endlager in Gestalt eines
Strahles oder mehrerer geliefert, die gegen die Unterseite des Kolbenkopfes und
manchmal auch gegen denjenigen Teil des Kolbenmantels gerichtet sind, der hinter
den Ringen liegt. Das Öl fällt dann in Tropfen vom Kolben ab durch Einwirkung der
Trägheitskräfte.
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Die Erfindung sieht eine bessere Kühlung eines Kolbens in Verbindung
mit einer verbesserten mechanischen Widerstandsfähigkeit vor.
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Nach der Erfindung ist der Tauchkolben gekennzeichnet durch die Kombination
eines am Umfang liegenden Troges, der gegenüber dem Boden achsenversetzt liegt,
und durch einen Flansch, der vom 'Mantel radial nach innen verläuft und von einem
Ringansatz gebildet wird, der vom Flansch zum Boden verläuft, zwischen Boden und
Ringansatz einen Schlitz lassend, durch den von der Schubstange abgegebenes
01 in den Trog fließen und aus ihm überfließen kann, mit zwei oder mehr
Wänden,
die sich etwa axial zwischen dem Boden und dem Trog so erstrecken, daß sie diesen,
gegebenenfalls zum Teil, in zwei oder mehr am Umfang liegende Abteilungen unterteilen,
so daß das zwischen dem Trog und dem Boden beim Hinundhergehen des Kolbens hin und
her geschleuderte 01
Wärme sowohl aus dem Mantel wie aus den Wänden abführt,
und die auch den Kolben verstärken. Der flanschartige Teil innerhalb des :Mantels
des Kolbens bildet einen Trog, dessen Höhlung dem Kolbenboden zugekehrt liegt und
einen Teil der Ringkammer bildet. Von dem in Strahlen vom Schubstangenende abgeschleuderten
Öl wird eine beträchtliche Menge im Trog zurückgehalten, so daß Öl fast ständig
durch diese Strahlen in den Trog gefördert wird, zwischen Trog und Kolbenboden beim
Hinundhergehen des Kolbens hin und her geschleuder wird und gegebenenfalls durch
die Ringöffnung zwischen Ringansatz und Boden entweicht.
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Die ganze Ringbildung und der Trog darin können mit dem Boden und
dem Mantel des Kolbens aus einem Stück sein. Der nach innen gerichtete Flansch kann
seitlich, dem Boden abgekehrt, einen etwa zylindrischen, mantelartigen Ringansatz
haben, der im Abstand vom Kolbenmantel liegt und das Ende der Schubstange umgibt.
Die Ringkammer kann durch einen nach innen gerichteten Flansch und einen mit dessen
Kante verbundenen rohrförmigen Teil gebildet sein, der vom Flansch zum Kolbenboden
gerichtet ist und die Seitenwand des Troges bildet. Der rohrförmige Teil kann sich
auch vom Flansch aus in der entgegengesetzten Richtung zur Schubstange hin erstrecken.
Die Bodenfläche kann verschieden gestaltet sein. Sie kann z. B. mit einem ringförmigen
und zweckmäßig zylindrischen Ansatz versehen sein, der sich zum Ringansatz des Flansches
oder Troges hin erstreckt, wobei die Öffnung zur Ringkammer zwischen den sich gegenüberliegenden
Kanten dieses Ansatzes und des Ringansatzes liegt. Oder der Kolbenboden ist vertieft
und bildet einen Ringraum, der in der Ringkammer liegt und einen Teil von ihr bildet
und dem Flanschtrog gegenüberliegt.
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Auf den Zeichnungen sind Ausführungsformen eines Kolbens nach der
Erfindung beispielsweise dargestellt.
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Fig. i bis 4 zeigen die eine Ausführungsform teils im Schnitt, teil
in Draufsicht; Fig. 5 und 6 sind Schnitte durch eine zweite .Ausführungsform; Fig.
7 bis 9 sind Schnitte durch eine dritte Ausführungsform; Fig. io ist ein Schnitt
durch den Kopfendteil des Kolbens in abgeänderter Ausführung; Fig. i i zeigt im
Schnitt noch eine andere Ausführung des Kolbenkopfes; Fig. 12 zeigt als Einzelheit
im Querschnitt die Kühlrippen bei der Ausführung von Fig. io. Nach Fig. i bis 4
hat der Kolben einen Kopf -=1 und einen Mantel B und in diesem einen nach innen
gerichteten Flansch C, der in der Nähe des Kolbenholzenlagers D angeordnet ist,
und zwar zwischen diesem und dem Kolbenkopf. Der Flansch C liegt so, daß der die
Nuten BL für die Kolbenringe enthaltende Mantelteil zwischen dem Flansch C und dem
Kolbenkopf liegt. Innen hat der Flansch C einen nach oben gehenden Ringansatz E,
der mit der Wand B einen ringförmigen Trog F bildet, der als fortlaufender Ringtrog
ausgebildet oder in zwei Abteilungen unterteilt sein kann. Eine davon ist in der
linken Hälfte der Fig. 2 im Schnitt gezeigt. Diese beiden Teile liegen je auf einer
Seite der Kolbenbolzenlager Dl. Der Raum zwischen der Unterfläche des Kolbenkopfes
A und dem Flansch C sowie des Ringansatzes E bildet eine Ringkammer innerhalb des
Mantels B, die sich in den Trog F zwischen der Unterfläche des Kolbenkopfes und
der Kante des Ringansatzes E öffnet. Durch diese Öffnung F1 wird das vom Ende der
Schubstange in Strahlen abgeschleuderte Öl in den Trog F geführt, aus dem es nur
über die Ringansatzkante oder durch kleine Öffnungen G ausfließen kann. Das Öl wird
zwischen dem Kolbenkopf und dem Flansch C hin und her geschleudert und fließt wenigstens
über einen Teil der Innenfläche B2 des Mantels B hinter den Nuten B1. Das Öl entweicht
aus dem Trog in demselben Maße, wie es ihm zugeführt wird.
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Der Ringansatz E kann im wesentlichen zylindrisch auf dem Hauptteil
seiner Länge in Achsenrichtung sein, und er kann hinsichtlich dieser Länge. geändert
werden, wodurch auch die Tiefe des Troges F sich ändert.
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Etwas Öl aus dem Trog kann durch die Bohrungen G zu den Zapfenlagern
Dl fließen. Die Bohrungen sind unten durch Pfropfen G'' geschlossen. Die Trägheitskräfte
treiben das 01 zum Teil über das Zapfenlager D. Der Hauptteil des Oles fließt
indessen über den Ringansatz F_ nach unten in das Kurbelgehäuse. Das 01 bleibt
lange genug im Trog und in der Kammer, um genügend Wärme aus der Wand B2 bis zur
Höchstmenge aufzunehmen, ohne indessen zu warm zu werden. Um zu verhindern, daß
das über den Ringansatz E austretende 01 durch die Ölkanäle B3 von den oberen
und unteren Ringen in den Nuten B4 fließt, kann der Flansch C mit einem etwa zylindrischen
Teil Cl versehen sein, der sich entgegengesetzt zum Ringansatz G erstreckt und zwischen
dem Mantel B und dem Schubstangenende liegt. Dieser zylindrische Teil Cl unterstützt
das über den Ringansatz E kommende 01 beim Abfließen außerhalb der Schubstange
in das Kurbelgehäuse.
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Der Ringansatz E ist einstückig mit dem Flansch C, der seinerseits
mit dem Kolbenmantel nach Fig. i ein Stück bildet. Der Ringansatz kann aber auch
ein besonders eingefügter Teil sein, der irgendwie mit dem Flansch verbunden ist.
Dies ist in Fig. 5 und 6 gezeigt, wo der Flansch C2 eine glatte Kante hat, an der
ein rohrförmiger Teil El mit einem sich entgegengesetzt erstreckenden Teil E2 durch
eine Rippe E3 befestigt ist, und zwar durch Bolzen E4. Der Teil El wirkt wie der
Ringansatz E in Fig. i, während der Teil E2 etwa dem Teil Cl entspricht. Der Ringeinsatz
El, E2 kann
nach Fig. 6 im Querschnitt oval sein, er kann aber auch
kreisförmig sein. In diesem Falle kann er am Flansch C' unmittelbar durch Schrauben
verbunden sein, wobei er dann eine der Rippe E3 ähnliche Rippe haben kann, die seine
Lage in Achsenrichtung festlegt. Die Länge des Rohrteiles El, E2 kann sich mit anderen
Einzelheiten der Durchbildung ändern.
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Bei der Ausführungsform der Fig. 7 bis 9 ist im Kopf A des Kolbens
unten ein ringförmiger Vorsprung Al vorgesehen, der sich etwas in Achsenrichtung
auf die Kante des Ringansatzes E zu erstreckt. Dieser ist wie bei Fig. i mit dem
Flansch C einstückig und ist hier etwas konisch im Gegensatz zur zylindrischen Form
von Fi. i. Der Vorsprung Al bildet einen nach unten' gerichteten Trog A2 im Randteil
des Kolbenkopfes hinter einem Ring oder mehreren in den Nuten B1. Der Trog _A= liegt
dem Trog F gegenüber und bildet mit ihm zusammen eine gemeinsame Ringkammer, in
die das 01 eingeführt wird und in der es durcheinandergeschüttelt wird. «'ie
bei der Bauart der Fig. i bis 3 ist der Trog in zwei gleiche Teile durch die Wände
D2 geteilt, welche die Zapfenlager D' mit dem Kolbenkopf verbinden.
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Das durch den Kanal H in der Schubstange I
kommende
01 geht um den Zapfen K durch den Kanal Hl im Ansatz 7i und weiter durch
die öffnung F1 in die Trogkainmer, in der es geschüttelt wird, wobei es hauptsächlich
darin festgehalten und über die Innenfläche des Mantels B hinter den Nuten BI bewegt
wird. wodurch die gewünschte Kühlwirkung eintritt.
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Nach Fig.8 ist die Innenfläche des Kopfes _4 des Kolbens innerhalb
des Flansches A' flach. Zum Unterschied von dieser Durchbildung und unter Weglassung
des Vorsprungs _41 kann die Innenfläche des Kolbens nach Fig. io flachkonisch zur
Mitte verlaufen, wie bei _43 gezeigt ist. Diese Durchbildung unterstützt die Seitwärtsbewegung
des 01s von der Mitte aus, wie es durch Pfeile in Fig. io angedeutet ist.
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Nach Fig. i i kann die Außenfläche des Kolbenkopfes wie bei .4' eine
_\ussparung haben, so daß, wie bekannt, der ganze 'Mittelteil des Kopfes tassenförmig
ist und nach innen ragt. Hierdurch entsteht im Kolben ein Teil A°, der wieder einen
Trog A6 bildet, der dem Trog A2 der Fig. 8 entspricht. Die Innenfläche des Kopfes
ist bei _4' wieder wie ;n Fig. io schwachkonisch zur Mitte ausgeführt, so daß das
01 wieder seitwärts in die einander gegenüberliegenden Tröge F und _46 durch
die Öffnung F1 fließen kann.
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Der Ringansatz E mündet ebenso wie Al in die Wände D2, die die Bolzenlager
Dl mit dein Kopf verbinden.
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Die konische Ausbildung der Unterfläche des Kopfes A nach Fig. io
oder i i kann entweder wie gezeigt zentral oder auf einer Seite der Kolbenachse
liegen. In letzterem Fall wird mehr 01 in einen der beiden Trogteile F geführt
als in den anderen. Hierbei wird also eine zusätzliche Kühlung für die Teile erreicht,
welche mit dem meisten 01 in Berührung kommen. Eine solche Durch-Bildung
kann insbesondere bei einem Kolben bekannter Bauart von Verbrennungskraftmaschinen
vorteilhaft sein. bei dem eine seitliche Aussparung in der Kolbenkopffläche vorhanden
ist, in welche Brennstoff eingeführt wird. Eine solche Aussparung ist bei T. in
Fig. T angegeben.
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Im Trog können auch vom :Mantel B nach innen ragende Rippen l1 vorgesehen
sein. die vom Kopf -4 hinter dem Ringansatz E zum Trog F verlaufen. Diese Rippen
vergrößern die Wärmeaufnahmefläche für das -O1. Sie versteifen auch den Kolben.
Die Rippen sind in Fig. i, 2, 5 und io gezeigt sowie auch im Teilschnitt der Fig.
12. Sie erstrecken sich radial nicht vollständig über die Kammer, sondern ragen
nur ein kurzes Stück von der Kolbenwand h hinein und sind so durchgebildet, daß
sie den Verlauf des Troges F entsprechend dem Umfang nicht unterbrechen.
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Der Trog kann, wie gesagt, vollständig um den Kolben lieruingehen.
er wird aber meistens, wie in Fig. 2 und 9, in zwei Abteilungen geteilt. die Je
zwischen den Bolzenlagern Dl liegen.
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Bei einem Kolben dieser Art wird eine gegebene Ölmenge, die dem Kolben
durch die Schubstange zugeführt wird, am besten ausgenutzt. Der in den Trog F eingeführte
Ölanteil wird darin lange genug zurückgehalten. um wesentlich mehr Wärme durch eine
gegebene Olinenge aufzunehmen, als dies bei Kolben bekannter Bauart der Fall ist,
bei denen das Öl nur als Strahl gegen das Innere des Kolbenkopfes geführt wird und
dann abfließen kann.
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Oben ist gesagt, daß das 01 in der Ringkammer und im Trog zwischen
dem Trogboden und dein Kolbenkopf hin und her geschüttelt werden kann. Bei den Kolbenbewegungen
treiben die Trägheitskräfte das (11 al)wecliselnd vom Trogboden zum Kolbenkopf
und zurück, und während dieser Bewegung fließt das 01 mit beträchtlicher
Geschwindigkeit an der Wandfläche der Ringkammer entlang, insbesondere an demjenigen
Teil der Wand, der hinter den Ringen und unter dem Kopf liegt, wodurch diese Teile
besonders gut gekühlt werden.