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Brennkraftmaschinenkolben Die Erfindung bezieht sich auf einen Brennkraftmaschinenkolben,
dessen Boden durch Schüttelöl kühl-
bar ist. Bei solchen Kolben wird während
des Betriebes 01 in einem Trog angesammelt, der zum Kolbenboden hin offen
ist. Bei den Bewegungen des Kolbens wird das Öl hin und her geschlagen und
gelangt auf diese Weise mit dem Kolbenboden in Berührung. Die Zuführung des öls
zum Trog erfolgt durch eine in der Pleuelstange vorgesehene Düsenöffnung.
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Bei einem bekannten Kolben dieser Art wird der das Schüttelöl aufnehmende
Trog vom Kolbenkörper gebildet, besteht mit ihm also ganz oder wenigstens teilweise
aus einem Stück. Bei dieser bekannten Ausführung müssen Kolbenkörper und Trog bzw.
wesentliche Teile dieses Troges einstückig hergestellt werden, was zu erheblichen
Fertigungsschwierigkeiten führen kann, insbesondere wenn es sich um Kolbwen für
rasch laufende Maschinen handelt, die mit hoher Präzision gefertigt werden müssen.
Diese erfordern häufig eine mechanische Bearbeitung im Innern des Kolb-enrohlings,
die außerordentlich erschwert wird, wenn im Kolbeninnern z. B. in Form eines Schüttelöltroges
ausgeführte Vorsprünge, Absätze o#d. dgl. vorhanden sind.
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Diese Nacht-eile werden erfindungsgernäß dadurch vermieden, daß der
gesamte Trog als eine im Abstand von der inneren Kolbenbodenwand an dieser bzw.
am Kolbenkörper lösbar befestigte Einheit ausgebildet ist. Eine solche Trogeinheit
kann dann erst nach Fertigbearbeitung des hinsichtlich seiner inneren Form einf
ach gestalteten Kolbens eingesetzt werden. Auch der Trog selbst läßt sich unabhängig
vom Kolben mit hoher Genauigkeit fertigen. Ist die Anordnung im übrigen so getroff-en,
daß der Trog in seiner Betriebs-Stellung an seinem gesamten Umfange im Abstand von
den Innenwandungen des Kolbenkörpers liegt, so braucht hinsichtlich des Zusammenbaues
von Kolben und Trog keine besondere Rücksicht auf einzuhaltende Toleranzen genommen
zu werden.
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Die Ülmenge, die beim Betrieb des Kolbens in dem Raum zwischen Trog
und Kolbenboden zurückgehalten und hin und her geschüttelt wird, hängt im wesentlichen
von der Fornigestaltung des Kolbenbodens und des Trog-es ab; jedenf all s wird diese
ülmenge in jedem Augenblick so groß sein, daß bei jedem vollständigen Hin- und Hergang
des Kolbens gerade jene -Menge ausgespritzt wird, die bei einem vollständigen Kolbenhub
in den Raum hineingelangt.
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Bei einer Ausführungsforrn gemäß der Erfindung ist der Trog mit ein-er
Prallplatte versehen, die in einem Abstand über der von der inneren Tragwand begrenzten
Öffnung liegt, so daß der Ausgleich zwischen dem zugeführten und dem aus dem Raum
zwischen Trog und Kolbenboden wieder herausgeworfenen 01 nur erfolgt, wenn
eine gewisse ölmenge am Ende eines jeden Einwärtshubes des Kolbens auf der dein
Kolbenboden abgewandt-en Seite der Prallplatte liegt. Die Prallplatte bestimmt also
maßgebend die Olm--nge, die in dem Raum zwischen dem Kolbenboden und dem Trog zurückgehalten
und hin und her geschüttelt wird. Diese ölnienge kann den Betriebsanforderungen
dadurch angepaßt werden, daß man der Prallplatte mit Bezug auf die innere Form des
Kolbens eine geeignete Gestalt und Anordnung gibt.
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Der Trog hat zweckmäßig im Grundriß (d. h. in Richtung der
Kolbenachse gesehen) die Form eines Rechtecks, dessen Längsachse in der Richtung
quer zur Kolbenbolzenachse liegt. Der Trog umschließt hierbei eine mittlere, schlitzartig
geformte Öffnung.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachstehenden
Beschreibung dreier Ausführungsbeispiele des neuen Kolbens hervor.
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Fig. 1 zeigt einen Kolben nach der Erfindung in einem Schnitt
-, der in senkrechter Ebene durch die Kolbenachse und rechtwinklig zur Achse des
Kolbenbolz,ens geführt ist; Fig. 2 ist ein Längsschnitt durch den Kolben nach der
Linie 2-2 der Fig. 1;
Fig. 3 ist ein Querschnitt nach der Linie
3-3 der Fig. 1; Fig. 4 zeigt in ähnlicher Darstellung wie Fig.
1
eine andere Ausführungsform des Kolbens nach der Erfindung, wobei jedoch
Kolbenzapfen und Pleuelstange nicht mit dargestellt sind; Fig. 5 ist ein
Schnitt nach der Linie 5-5 der Fig. 4; Fig. 6 ist ein Schnitt nach
der Linie 6-6 der Fig. 4; Fig. 7 entspricht etwa der Darstellung nach
Fig. 3
und zeigt eine andere Ausführungsforrn des Erfindungsgegenstandes;
Fig.
8 stellt eine weitere Abänderungsforrn etwa in der gleichen Weise wie Fig.
4 dar; Fig. 9 ist ein Schnitt nach der Linie 10-10 der Fig.
8, und Fig. 10 ist ein Querschnitt nach der Linie 9-9 der Fig.8.
Bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 3 hesteht der Kolben aus
ein-cm Kolbenkörper nebst Kolbenboden, von dem aus nach unten zu ein Dichtun- sringabschnitt
2 und eine Schürzt 3 ragen, in der Ansaue 4 für den Kolbcnbolzen vorgesehen
sind. Der Kolben steht über den Kolbenzapfen 5 mit einer Pleuelstange
6 in Verbindung, die in bekannter Weise einen Olzuführungskanal
7 aufweist; durch diesen Kanal wird 01 einer Düsenöffnung 7a zugeführt,
in der das Öl jedenfalls während des letzten Teils eines jeden Aufwärtshubes
des Kolbens nach oben gegen den Kolbenboden gespritzt wird.
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An einem Paar Vorsprüngen oder Schulteransätzen 8
des Dichtungsringabschnittes
2 des Kolbenkörpers ist .ein für sich hergestellter Trog befestigt, der im Grundriß
etwa rechteckige Form hat. Der Trog besteht aus einem Bodenteil 9 sowie inneren
und äußeren Wandungen 10 bzw. 11. Dieser Trog ist mittels Bolzen 12
an den Schultern 8 befestigt. Die Bolzen ragen durch an dem Trog vorgesehene
Augansätze 13 hindurch, wie die Fig. 1 und 3 erkennen lassen.
Die innere Wand 10 des Trogs umgibt eine mittlere Öffnung 14; außerdem ist
mit dieser inneren Wand eine Prallplatte 15 fest verbunden, und zwar wird
diese von der Wand 10 an zwei einander gegenüberliegenden Stellen durch Stege
16 od. dgl. getragen; die Prallplattü liegt also. wie in Fig. 1 zu
erkennen ist, oberhalb der Öffnung14. Die längeren Seiten der Trogwandung
11 liegen dicht neben den inneren flachen Wandungen 4a der Kolbenbolzenansätze
4, wie dies aus Fig. 2 und 3 zu erkennen ist. Zwischen dies-en Flächen 4a
und den längeren Wandseiten des Trogs verbleibt also nur ein sehr enger Spalt; andererseits
sind die Abmessungen der Schulteransätzt 8 mit Bezug auf die Abmessung-en
und die Form der benachbarten kürzeren Seiten der äußeren Trogwand 11 so,
daß sich die oberen Ränder der kurzen Seiten der äußeren Trogwand 11 fest
gegen die Schulteransätze 8 legen, wie dies aus Fig. 3 zu erkennen
ist.
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Die Öffnung 14 bietet nicht nur dem aus der Düsenöffnung 7a herausgespritzten
Öl die Möglichkeit, in den Raum la zwischen Trog und Kolbenboden
1 zu gelangen, sondern sie bildet auch den einzigen Weg, durch den das
Öl wieder aus dieser Kammer entweichen kann.
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Die Prallplatte 15 ist so bemessen und angeordnet, daß sie
nahezu vollständig oberhalb der Öffnung 14 liegt; durch diese Öffnung 14 wird also
am Ende eines jeden Abwärtshubes des Kolbens kein 01 herausgespritzt so lange,
bis die in der Kammer la befindliche Ölmenge so groß ist, daß, wenn sich das 01
gegen die Unterseite des Kolbenbodens 1 legt, die Öloberfläche wenigstens
teilweise unterhalb der Prallplatte 15 liegt.
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Während des Betriebes wird ein Gleichgewichtszustand etwa dann erreicht
sein, wünn die zwischen der Unterseite der Prallplatte 15 und unmittelbar
oberhalb der Öffnung 14 am En-de eines jeden Aufwärtshubes und zu Beginn eines jeden
Abwärtshubes des Kolbens befindliche Ölnienge derjenigen ölmtngc ,entspricht, die
währendeines jeden Auf wärtshubes des Kolbens aus der Düsenöffnung 7a in die Kamm-er
la tritt.
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Bei der Abänderungsform nach den Fig. 4, 5 und 6
entspricht
die Bauart des Kolbens im wesentlichen derjenigen nach den Fig.
1, 2 und 3; anstatt daß je-
doch die Kolbenbolzenansätze entsprechend
der Ausführungsforrn nach den Fig. 1, 2 und 3 flache, verhältnismäßig
große Innenwandungen 4a aufweisen, die dicht an den länger-en Seiten der äußeren
Trogwandung liegen, werden in diesem Falle Kolbenbolzenaugenansätzt 17 verwendet,
die etwa kreisförrnig gestaltet sind. Demgemäß ist der Kolbenkörper auch, wie die
Fig. 4, 5 und 6 zeigen, etwas abweichend geformt. Bei dieser Bauart
hat der Trog etwa die gleiche Form wie bei der Ausführungsform nach den Fig.
1,
2 und 3. Infolgedessen sind insoweit auch die gleichen Bezugszeichen
verwendet. Bei dieser Abänderungsform liegt aber die Prallplatte 15 etwas
dichter ob-erhalb des oberen Randes der Trogwandung 10, die die Öffnung 14
umschließt. Damit liegt die Prallplatte entsprechend weiter ab vom Kolbenboden
1. Wie die Fig. 5 und 6 erkenn-en lassen, ist in diesem Falle
der Abstand zwischen den langen Seitenwänden der Trogwand 11 von den ihnen
zugewandten inneren Flächen des Kolbenteils 2 größer. Bei dieser Ausbildung hat
also der von dem Boden 9 sowie den inneren und äußeren Wandungen
10 bzw. 11 gebildete Trog ein Fassungsvermögen, das etwas größer ist
als der Inhalt jenes Teils der Kammer la, der oberhalb der in den Fig. 4 und
5 eingezeichneten strichpunktierten Linie 18 liegt. Im Betrieb wird
sich also in der Kammer la so lange Öl ansammeln, bis ein Gleichgewichtszustand
erreicht ist, nämlich dann, wenn der Ölvorrat in der Kammer la so groß geworden
ist, daß am Ende eines jeden Abwärtshubes des Kolbens die zwischen den äußeren Kanten
der Trogwandung 11
und den, Innenwandungen des Kolbenteils2 bei 18a veranschaulichte
Menge ebenso groß ist wie die Menge, die bei jedem Aufwärtshub des Kolbens durch
die Düse in die Kammer la gelangt.
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Bei der Abänderungsform nach Fig. 7 hat der Kolbenkörper etwa
die gleiche Gestalt wie bei der Ausführungsform nach den Fig. 1, 2 und
3. Der Trog ist in diesem Falle in bezug auf den Kolbenboden ähnlich angeordnet
wie dies in den Fig. 4, 5 und 6
veranschaulicht ist; die Form des Trogs
hat jedoch die in Fig. 7 dargestellte abgeänderte Form an den Stellen
19. In diesem Falle sind also die längeren Seitenwandungen des Trogs, im
Grundriß gesehen, stumpfwinklig ausgebildet, so daß zwischen ihnen und den flachen
Innenwandungen 4a der Koll).enbolzenansätzt 4 größere Spalte 20 offen bleiben. Im
Betrieb tritt das Öl, das den Gleichgewichtszustand aufrechterhält, zwischen
den längeren Seitenwandungen des Trogs und den «eb,-nen Wandflächen 4a hindurch.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 kann also der Kolb,enkörper, was die
Ansätze für den Kolbenbolzen anbelangt, etwa die gleicheAusführungsforrn haben wie
bei der Bauart nach den Fig. 1, 2 und 3; der Trog andererseits arbeitet
hier in der mit Bezug auf die Fig. 4, 5 und 6 beschriebenen Weise.
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Bei der Abänderungsform nach den Fig. 8, 9 und 10
entspricht
die Kolbenbauart im wesentlichen derjenigen nach den Fig. 4, 5 und
6. Sie braucht daher hier nicht noch einmal beschrieben zu werden. Nur die
Anordnung der Ansätze ist eine andere; sie besitzen flache Innenseiten 24, die dicht
an den Längsseiten der äußeren Trogwandung lieg-en, wie dies deutlich aus Fig.
10 zu erkennen ist.
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Bei dieser Ausführungsfortn sind die Abmessungen des Trogs und die
Höhe der Prallplatte 15 oberhalb der Oberkante der inneren Trogwand
10 die gleichen wie bei dür Bauart nach den Fig. 4, 5 und
6. An einander geg-enüberlieg,-nden Ecken sind in dem Trog e3
jedoch
Innenansätze 21 vorgesehen, deren Oberflächen unterhalb der Ebene der oberen Ränder
der inneren und äußeren Trogwandungen 10 bzw. Ila liegen. jeder dieser Innenansätze
weist eine Durchtrittsöffnung 22 auf, die bis unter den Boden 9 des Trogs
führt.
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Es leuchtet ein, daß bei dieser Bauart kaum Öl
durch die Öffnung
14 hindurchtritt, es sei denn, daß in der Kammer la sich eine Olmenge befindet,
die groß genug ist, damit der Trog überläuft. Ein Gleichgewichtszustand wird erreicht,
wenn während des letzten Teils eines jeden Abwärtshubes des Kolbens der Spi-egel
des in den Trog geförderten Öles oberhalb der oberen Flächen der Ansätze21 liegt,
und zwar um ein solches '.#,laß. daß die Olmenge, die sonst oberhalb der Ebene dieser
Flächen sich befinden würde, etwa jener Olm-eng-e entspricht, die bei jedem Aufwärtshub
des Kolbens in die Kammer la gelangt. Das Öl tritt also fast vollständig
durch die Öffnungen22 aus-, diese Öffnungen können gegebenenfalls so gerichtet bzw.
angeordnet sein, daß das aus ihnen austretende 01 nicht auf bewegliche Teile
der Kurbelwellenariordnung gelangt.
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Ein Vorteil der Anordnung nach der Erfindung ist der, daß diese leicht
herzustellen ist; der Kolbenkörper 1, 2, 3 kann so gestaltet sein,
daß er gepreßt oder im Spritzgußverfahren hergestellt werden kann Auch die übrigen
Teile können im Wege des Spritzgusses erzeugt werden. Abgesehen von den Schulteransätzen
od. dgl., an denen der Trog zu befestigen ist, brauchen diese Teile keine besondere
innere Formgestaltung aufzuweisen, um das 01 zurückzuhalten. Daher ist man
bei der konstruktiven Ausbildung dieses Kolb,enkörp,ers sehr viel weniger gebunden
als bisher.
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In vielen Anwendungen ist es tatsächlich möglich, einen Kolhenkörper
üblicher Bauform zu verwenden, in den ein Trog eingesetzt werden kann, wenn eine
ölkühlung des Kolbens gemäß der Erfindung ge-
wünscht wird. Andererseits kann
der Trog leicht fortgelassen werden, und dennoch ist der Kolben mit gutem Erfolg
bei solchen Maschinen verwendbar, bei denen eine ölkühlung nicht erforderlich ist.
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Ein anderer Vorteil der Erfindung ist in manchen Fäll-en noch in folgendem
zuerblicken: Ist es, wie bei Kolbenbauarten entsprechend den dargestellten Ausführungen,
erwünscht, eine Nut zur Aufnahme eines Abstreifringes unmittelbar unterhalb der
Nuten für die Dichtungsringe vorzusehen und soll-en unmittelbar unterhalb des Abstreifringes
öldurchtrittsöffnungen 23 (Fig. 1) vorgesehen sein, so ist dies leicht
möglich, da der Trog eine Einheit für sich bildet; bauliche Verwicklungen sind dabei
vermieden, wie sie bei bekannten Kolben dieser Art auftreten können; bei solch-en
Kolben würden die Ölabzugslöcher sich in einer Lage befinden, bei welcher während
des Einwärtshubes des Kolbens 01 auf die Innenwandung der Kolbenschürze gelangen
würde-, dieses Öl würde infolge seiner Trägh-eit das Bestreben haben. beiVerzögerung
der Arbeitsgeschwindigkeit und anschließender Beschleunigung des Kolbens in umgekehrter
Richtung in diese öffnungen einzutreten. Das Öl würde an die Wandung gelangen,
die den Boden des Trogs bildet, und daher nicht ablaufen können. Bei Kolben nach
der vorliegenden Erfindung besteht nicht die Notwendigkeit, an der Innenseite der
Kolbenschürze eine mit ihr aus einem Stück bestehende und radial nach innen vorragende
Wandung vorzusehen, um den Boden eines Trogs zu bilden; die Olabzugsöffnungen können
daher an einer beliebigen Stelle unterhalb des Randes der äußeren Trogwandung in
das Innere des Kolbens einmünden.
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Es leuchtet ein, daß bei Kolbenanordnungen nach der Erfindung der
Trog entweder aus dem gleichen oder einem anderen Baustoff als der Kolben bestehen
kann. Zweckmäßig ist es jedoch, Trog und Kolbenkörper aus Baustoffen herzustellen,
die etwa den gleichen Wärmeausdchnungskoeffizienten haben; Kolbenkörper und Trog
werden beispielsweise im Spritzguß-#,erfahren hergestellt.