Kolben Gegenstand der Erfindung ist ein Kolben t ür Motoren, der einen unter dem Kolben bolzen liegenden Kolbensehaftteil aufweist, der auf einen geringeren Durchmesser als der Kolbenoberteil mit dem Boden abgesetzt ist, wobei auf dem abgesetzten Kolbenschaft teil eine poröse Hülse befestigt ist, die zur .Aufnahme einer gewissen Menge von Schmier stoff bestimmt ist, um diesen während des Betriebes an die gleitenden Flächen abzuge ben, wobei der Schmierstoff der Hülse von ihrer Innenseite her zugeführt wird.
Mehrere Ausführungsbeispiele des Erfin- diingsgegenstandes sind auf der Zeichnung dargestellt.
Fig. 1 zeigt im Längsschnitt eine erste Ausführungsform des Kolbens mit Drueköl- schmierung.
Fig. 2 ist ein Querschnitt nach Linie E-F der Fig. 1 durch den Kolbenschaft.
Fit;. 3 ist ein Schnitt nach Linie A-B der Fig. 1.
Fig. 4-6 sind Schmierstoffnuten-Anord- mrngen am abgesetzten Teil des Kolbenschaf tes.
Fig. 7 ist ein Teilausschnitt des Kolben bolzenendes zu Fig. 1.
Fig. 8 zeigt im Längsschnitt einen Kolben spez. für staubförmige Brennstoffe mit einem von innen nach aussen hin radial spannenden Kolbenring und zwei darüber angeordneten je eine Turbulenzzone erzeugenden Aussparun- gen und mit zwei um 180 versetzten ölzulei- tungsbohrungen zum Kolbenring. Fig. 9 zeigt einen Teil des Kolbens nach Fig. 8 in grösserem Massstab.
Der in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Kol ben besteht aus einem obern, durch einen Boden 1 geschlossenen Teil mit Kolbenringen 3, an den sich ein nach unten offener Kolben schaft 2 anschliesst. Unterhalb der Dichtungs ringe 3 ist der Kolben mit einer Querbohrung 4 zur Aufnahme des Kolbenbolzens 5 ver sehen, an dem die Pleuelstange 8 angelenkt ist. Ein Teil a, des Kolbenschaftes 2 unterhalb der Querbohrung 4 ist auf einen kleineren Durchmesser als der Kolbendurchmesser ab gesetzt und mit Nuten b versehen und über diesen Teil ist eine poröse Hülse c angeordnet, die auf der Innenseite ringförmige Rillen i aufweist, welche in zur Kolbenachse senkrech ten Ebenen angeordnet sind.
Drei verschiedene NTutensysteme auf dem Kolbenschaftteil a sind schematisch in den Fig. 4, 5 und 6 dargestellt. Die Nuten b kreu zen sieh und verlaufen nach Schraubenlinien. In Fig. 4 ist der Steigungswinkel 45 , wäh rend er in Fig. 5 kleiner und in Fig. 6 grösser als 45 ist.
Bei einer andern nicht dargestellten Aus führungsform ist die Innenfläche der porösen Hülse glatt ohne Rillen.
Die Hülse c kann aus einer sogenannten Metallkeramikmasse aus Ferriun bzw. Bimt- metallbasis bestehen.
Die Nuten<I>i</I> und b stehen durch wenig stens eine Bohrung g im Kolben und eine Bohrung e im Kolbenbolzen 5 mit dessen Querbohrung d in Verbindung, die auf bei den Stirnseiten durch Zapfen 6 seitlich ver schlossen ist. Dieser Bohrung wird durch eine Längsbohrung 7 in der Pleuelstange 8 Schmierstoff zugeführt, der durch die Boh rung e (Fig. 7) über die Ringnuten f und hieran anschliessend über den Verbindungs kanal g im Kolbenkörper selbst zu der in sich geschlossenen Verteilungsringnut 3z gelangt und von dort aus in der Gesamtlänge durch das Nutensystem b fliesst.
Beim Hin- und Hergehen des Kolbens im Zylinder wechselt innerhalb sehr kurzer Zeit intervalle die Kolbengeschwindigkeit mit dein Maximum etwa in der Kolbenwegmitte ab nehmend gegen die Kolbeniunkehrpunkte mit plötzlich kürzestzeitlichein Stillstand beim in- nern bzw. äussern Totpunkt. Hieraus ent stehen Beschleunigimgskr'äfte, welchen der Schmierstoff in den Nuten b und i unterwor fen ist, und die zum Hineinpressen des Sehmierstoffes in die poröse Hülse c nutzbar gemacht werden.
Der Schmierstoff durchdringt die Hülse c und bildet einen Schmierstoffilm zwischen den gleitenden Flächen des Kolbens und des Zylinders.
Die Schmierstoffzuführung zur Hülse c. erfolgt erstmalig durch Tränken unter Va kuum mit nachfolgendem Überdruck. Im Be triebe ergänzt sich der Schmierstoffinhalt durch die vorerwähnten Wechselimpulse.
Das Aufbringen der Hülse c erfolgt nach der massgerechten Vorbearbeitung des Kolben- sehaftteils cc samt dem Einfräsen der Schmier stoffnuten<I>b</I> im Kolbenschaft und<I>i</I> in der Kolbenhülse c derart, dass bei Raumtempera tur die auf etwa 100 C erwärmte Hülse c im. thermiseh erweiterten Zustande auf den nor mal temperierten Kolbenschaft a aufgedrückt. und somit aufgeschrumpft wird, so dass nach dem Erkalten eine sehr feste Haftfestigkeit besteht.
Die Oberflächenbearbeitung kann trocken -vermittels Hartmetallschneiden-Drehwerkzeu- gen und die Feinbearbeitung vermittels Dia- mantabdr ehen erfolgen. Eine weitere Ausführungsform eines Kol bens ist in den Fig. 8 und 9 dargestellt. Über dem Boden 1 des Kolbens ist eine Vertiefung j angebracht und die innere Kante des Ran des k: ist bei k' abgeschrägt.
Im Kolben sind im obern Teil rinnenförmige Aussparungen <B>11</B> und l., angeordnet, die zwischen Kolben und Zilinderwand Wirbelzonen bewirken und unterhalb dieser ist eine Ringinn an' angeord net, in die ein Dichtungsring m mit Bohrun gen na" eingesetzt ist, welcher trapezförmigen Querschnitt aufweist.
Die Nut m' steht durch Bohrungen n mit. der Bohrung 4 für den Kol benbolzen d in Verbindung, welche ihrerseits über Bohrungen e mit der Bohrung d' in Ver bindung steht, so dass dem Kolbenbolzen zu geführtes Schmiermittel in die Ringnut 7n' ge langen kann. Dieser Kolben ist ganz speziell für schwer- verbrennliche öle mit schädlichen Rüekstän- den vor allem aber für Kohlenstaub-Brenn- kraftinotoren bestimmt.
Die besondere Formbildung des Kolben bodens stellt eine in sich geschlossene Ver brennungszone in der obern Totpunktlage sicher, indem in dieser höchsten Kolbenstel lung der hochgezogene Rand 7c dem Ablagern von unverbrennliehen Substanzen auf der Zy- lindergleitfläche entgegenwirkt.
Diejenigen Expansionsgase jedoch, welche beim Niedergehen des Kolbens zwischen die Zylinder- und Kolbenwandungen eindringen, erfahren zum Teil in der rinnenförmigen Aus sparung 11 eine zwangläufige CTasströmungs- uinkehr, wodurch die schon expandierten Gase eine Wirbelbewegung im geschlossenen Ring machen müssen.
Dasselbe wiederholt sieh je doch schon überaus stark abgeschwächt, in der zweiten Aussparung 1. darunter, so dass beim Auf- und Niedergehen des Kolbens binnen sehr kurzer Zeitintervalle diese beiden Ring zonen gewissermassen reibungslos arbeitende. Kolbenringe bilden.
Dadurch erklärt es sieh auch, dass ein Kol benring 7n mit trapezförmigem Querschnitt als Diehtimgselement ausreicht, wenn jedoch deren zwei angewandt werden, dann ist ein Idealzustand der Gasabdichtung im ausge- sproehenen Dauerbetrieb sichergestellt.
Die Wandung der Vertiefung j ist hart verchromt.
Diese Flächen sind durch Hoehglanzpolie- ren gegen Verschleiss gesichert, wie die Innen- zvlirrderwandtung; je glatter beide sind, desto geringer sind die Ansätze von Brennstoff- rilekständen und demgemäss der Verschleiss.
Piston The subject of the invention is a piston for engines, which has a piston shaft part lying under the piston pin, which is set down to a smaller diameter than the piston top part with the bottom, with a porous sleeve attached to the stepped piston shaft part, which is used for. Admission of a certain amount of lubricant is intended to be able to abzuge ben on the sliding surfaces during operation, the lubricant being fed to the sleeve from its inside.
Several exemplary embodiments of the subject of the invention are shown in the drawing.
Fig. 1 shows in longitudinal section a first embodiment of the piston with pressure oil lubrication.
Fig. 2 is a cross section along line E-F of Fig. 1 through the piston skirt.
Fit;. 3 is a section on line A-B of FIG.
Fig. 4-6 are lubricant groove arrangements on the offset part of the piston shaft.
FIG. 7 is a partial section of the piston pin end of FIG. 1.
Fig. 8 shows a piston spec in longitudinal section. for pulverulent fuels with a piston ring stretching radially from the inside to the outside and two recesses arranged above each creating a turbulence zone and with two oil supply bores to the piston ring offset by 180. FIG. 9 shows part of the piston according to FIG. 8 on a larger scale.
The Kol ben shown in Figs. 1 to 3 consists of an upper, closed by a bottom 1 part with piston rings 3, to which a downwardly open piston shaft 2 connects. Below the sealing rings 3, the piston is seen with a transverse bore 4 for receiving the piston pin 5, on which the connecting rod 8 is articulated. Part a, of the piston shaft 2 below the transverse bore 4 is set to a smaller diameter than the piston diameter and provided with grooves b and over this part a porous sleeve c is arranged, which has annular grooves i on the inside, which in to the piston axis perpendicular planes are arranged.
Three different N-groove systems on the piston skirt part a are shown schematically in FIGS. 4, 5 and 6. The grooves b cross and run according to helical lines. In Fig. 4 the pitch angle is 45, while it rend in Fig. 5 is smaller and in Fig. 6 is greater than 45.
In another embodiment, not shown, the inner surface of the porous sleeve is smooth without grooves.
The sleeve c can consist of a so-called metal-ceramic mass made of ferric or bimt metal base.
The grooves <I> i </I> and b are connected by at least one bore g in the piston and a bore e in the piston pin 5 with its transverse bore d, which is laterally closed ver on the end faces by pin 6. This bore is fed through a longitudinal bore 7 in the connecting rod 8 lubricant which passes through the Boh tion e (Fig. 7) via the annular grooves f and then via the connecting channel g in the piston body itself to the self-contained distribution ring groove 3z and from from there it flows in the total length through the groove system b.
When the piston moves back and forth in the cylinder, the piston speed changes within a very short period of time with its maximum, decreasing in the center of the piston path, towards the piston reversal points with suddenly a very short stop at the inner or outer dead center. This gives rise to acceleration forces to which the lubricant in grooves b and i is subjected and which are made usable for pressing the sealing substance into the porous sleeve c.
The lubricant penetrates the sleeve c and forms a film of lubricant between the sliding surfaces of the piston and the cylinder.
The lubricant supply to the sleeve c. takes place for the first time by soaking under vacuum with subsequent overpressure. In operation, the lubricant content is supplemented by the aforementioned alternating pulses.
The sleeve c is applied after the pre-machining of the piston shaft part cc, including the milling of the lubricant grooves <I> b </I> in the piston skirt and <I> i </I> in the piston sleeve c in such a way that at room temperature the sleeve c im heated to about 100 C. thermally expanded states pressed onto the normally tempered piston skirt a. and is thus shrunk on, so that there is a very strong adhesive strength after cooling.
Surface machining can be done dry using carbide-tipped turning tools and fine machining using diamond turning. Another embodiment of a Kol ben is shown in FIGS. A recess j is made above the bottom 1 of the piston and the inner edge of the Ran des k: is beveled at k '.
In the upper part of the piston, groove-shaped recesses 11 and 1 are arranged, which cause swirling zones between the piston and the cylinder wall, and underneath this there is an inner ring into which a sealing ring with bores na " is used, which has a trapezoidal cross-section.
The groove m 'stands with bores n. the bore 4 for the piston benbolzen d in connection, which in turn is connected to the bore d 'via bores e, so that the lubricant supplied to the piston pin can long into the annular groove 7n' ge. This piston is specially designed for hard-to-burn oils with harmful residues, but especially for pulverized coal internal combustion engines.
The special shape of the piston crown ensures a self-contained combustion zone in the top dead center position, in that in this highest piston position the raised edge 7c counteracts the deposition of uncombusted substances on the cylinder sliding surface.
Those expansion gases, however, which penetrate between the cylinder and piston walls when the piston goes down, experience in part an inevitable CTasströmungs- uinkehr in the channel-shaped recess 11, which means that the gases that have already expanded have to make a vortex movement in the closed ring.
The same thing is repeated, but already very much weakened, in the second recess 1 below, so that when the piston rises and falls, these two ring zones work more or less smoothly within very short time intervals. Form piston rings.
This also explains that one piston ring 7n with a trapezoidal cross section is sufficient as a diehtimg element, but if two of them are used, then an ideal state of the gas seal is ensured in pronounced continuous operation.
The wall of the recess j is hard chrome-plated.
These surfaces are secured against wear by high-gloss polishing, as is the inner wall; the smoother both are, the lower the amount of fuel remaining and, accordingly, the wear and tear.