DE2008140B2 - Kolben, insbesondere für Dieselbrennkraftmaschinen - Google Patents
Kolben, insbesondere für DieselbrennkraftmaschinenInfo
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- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
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- F16J9/203—Oil-scraping rings
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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Description
♦o
Die Erfindung bezieht sich auf einen Kolben, insbesondere für Dieselbrennkraftmaschinen, bei dem der
Kolbenmantel nur als Ringträger ausgebildet ist und unmittelbar unterhalb der Kolbenringe eine weitere
Ringnut aufweist, in der ein mit zwei Abstreifkanten versehener ölabstreifring angeordnet ist, in dem radiale
Durchführungen vorgesehen sind, die den Raum zwischen den beiden Abstreifkanten mit einem im Nutgrund
hinter dem ölabstreifring liegenden Ringraum verbinden, der seinerseits unterhalb des Ölabstreifringes
Rückführungskanäle zum Rückführen des sich in ihm ansammelnden Öles an die Zylinderlauffläche aufweist.
Die beschriebene Ausbildung einer Ringnut mit einem in ihr angeordneten Ölabstreifring ist an sich
durch die DT-PS 1 107 022 bei Kolben für kolbengesteuerte Zweitakt-Brennkraflmaschinen bereits bekannt.
Diese Kolben weisen jedoch schon auf Grund ihrer Steuerfunktion einen relativ langen, nicht mit einem
Ringträger vergleichbaren Kolbenmantel auf. Über· schreitet ein solcher Kolben seine obere Totpunktlage
und bewegt sich nach unten, so schiebt die untere Abstreifkante des Ölabstreifringes das von ihr von der Zylinderwand
abgestreifte Öl bis zum Erreichen der unteren Tolpunkilage vor sich her. Das von der oberen Abstreifkante
mitgenommene Öl wird durch die radialen Durchführungen in den Raum hinter den Ölabstreifring
und von dort über die Rückführungskanäle wieder an die Zylinderwand gedrängt. Die Rückführungskanäle
verlaufen dabei senkrecht zur Zylinderwand und sind derart am Umfang des Kolbens verteilt, daß sie im Bereich
der zwischen den Ein- und/oder Auslaßschhtzen vorhandenen Stege liegen, so daß diese gezielt geschmiert
werden und in die Schlitze selbst möglichst wenig öl gelangt. Zur Lösung dieses Problems ist es im
Gegensatz zu der eingangs beschriebenen Anordnung durchaus nicht erforderlich, die Ringnut unmittelbar
unterhalb der Kolbenringe anzuordnen.
Als nachteilig wird bei der bekannten Ausführung angesehen, daß die gesamte abgestreifte Ölmenge. insbesondere
in der ersten Hälfte des Abwärtshubes, vor dem Kolbenabstreifring hergeschoben wird, denn es
gibt keine Ausweichmöglichkeit. Ferner führen die radialen, senkrechten zur Bewegungsrichtung des Kolbens
verlaufenden Rückführungskanäle, wie es beispielsweise aus der DTPS 969 837 bekannt ist. zusätzlich
zu Ölstauungen, so daß es zu einem Abheben der Ölabsireifkanten von der Zylinderwand kommen kann.
Durch die FR-PS 674 505 ist ferner ein Brennkrafimaschinen-Kolben
mit Kolbenmantel bekanntgeworden, bei dem unmittelbar unterhalb der Kolbenringe
eine Ringnut mit einem ölabstreifring vorgesehen ist
und bei dem das sich in dem Raum hinter dem Ölabstreifring ansammelnde öl über Bohrungen oder Rillen
wieder an die Zylinderwand zurückgeführt wird. Der Ölabstreifring weist jedoch nur eine Abstreifkante auf.
so daß sich hinter ihm nur während der Bewegung des Kolbens in seine obere Totpunktstellung Öl ansammeln
kann. Da diese Menge jedoch an sich unbedeutend ist. dienen die Bohrungen oder Rillen hauptsächlich der
Entlüftung. Unmittelbar unterhalb des Abstreifringes ist im Kolbenmantel eine mit der Ringnut verbundene
Rundfase vorgesehen, die jedoch einen nur unzureichenden Sammelraum für das Öl darstellt und zudem
eine Verringerung der Ringauflagefläche bringt, was bei längerem Betrieb leicht zu einem Kippen des Ringes
führen kann. Eine wirksame Ölabstreifung beim Abwärtshub des Kolbens ist außerdem nicht gegeben.
Schließlich ist aus der DT-PS 884 586 noch ein Brennkraftmaschinenkolben mit Kolbenhemd bekannt,
der ebenfalls unterhalb der Kolbenringe eine Ringnut mit einem ölabstreifring aufweist und bei dem das von
der Zylinderlauffläche abgestreifte öl an der Zylinderwand abgeleitet wird. Hierfür ist unterhalb des mit nur
einer Abstreifkante versehenen Ölabstreifringes eine muldenförmige ölfangnut vorgesehen, von der aus eine
oder mehrere Nuten im Kolbenmantel zu den Kolbenbolzenaugen führen und von dort aus eine senkrechie
Nut sich über den Rest des Kolbenmantels hinzieht. Damit der ölabstreifring in seiner Elastizität nicht behindert
wird, ist der Raum hinter ihm über schräg verlaufende Entlüftungsbohrungen mit der ölfangnut verbunden.
Ein Ölablauf durch diese erfolgt nicht oder nur kaum, weil an sich kein öl hinter den Ring gedrängt
wird. Gemäß der genannten Patentschrift soll erreicht werden, daß bei geringen Motordrehzahlen und geringer
Spritzölmenge ein Fressen des Kolbens vermieden und daß das Schmieröl über den Innenraum des Kolbens
abgeleitet wird. Es wurde nämlich festgestellt, daß die im Kolbeninneren herrschenden starken Luftwirbel
das Öl stark zerschlagen, so daß es infolge einer erhöhten Oxydation frühzeitig altert und verdirbt.
Man hat also bereits erkannt, daß es zweckmäßiger ist. das von der Zylinderwand abgestreifte Schmieröl
nicht über das Kolbeninnere, sondern an der Zylinderwand oder nahe derselben entlang abzuführen. Für die-
ses Vorgehen spricht aber auch noch ein anderer Grund. Bei den heutigen schnellaufenden Motoren
werden oft große Mengen Kühlöl in das Kolbeninnere eingespritzt, weiches beim Einspritzen zweckmäßig
möglichst niedrige Temperaturen aufweist und nach Aufnahme der abzuführenden Wärmt heißer als das
Schmieröl ist. Wird das Schmieröl vom Abstreifring, wie bekannt, über Bohrungen zum Kolbeninneren geführt,
so wird es vom Kühlöl zurückgedrängt und dieses gelangt an die Abstreiffläche. Zu niedrige sowie zu
hohe Schmieröltemperaluren vermindern jedoch sehr stark die Laufeigenschaften des Kolbens. Es ist daher
auch diesbezüglich eine Trennung der beiden Öle erforderlich, was allerdings bei einem Kolben, bei dem der
Kolbenmantel nur als kurzer Ringträger ausgebildet ist, sich nicht ohne weiteres ermöglichen läßt.
Hier setzt nun die Erfindung ein, deren Aufgabe es ist, bei einem Kolben der eingangs beschriebenen An
unter Vermeidung einer Vermischung von Kühlöl und Schmieröl eine staufreie Rückführung A.es abgestreiften
Schmieröls zur Zylinderlauffläche zu erreichen bzw. zu verbessern.
Nach der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Ringnut nahe dem von innen nach außen
abgeschrägten Rand des Kolbenmamels angeordnet und zwischen dieser und dem Rand eine weitere, im
Querschnitt dreieckförmige Ringnut vorgesehen ist. deren dem Rand zugewandte Flanke parallel zur Abschrägung
verläuft und deren andere Flanke so verläuft, daß sie die untere Abstreifkante des Ölabstreifringes
anschneidet und die Öffnungen der etwa rechtwinklig zu ihr verlaufenden Rückführungskanäie aufnimmt,
und daß der so aus Nutflanke und Abschrägung gebildete Schild sich in Richtung auf die Zylinderwand
so weit erstreckt, daß ein für den Ölablauf ausreichender Spalt verbleibt.
Durch diese Ausbildung wird die Aufgabe voll gelöst. Die Partie um den Ölabstreifring ist vollkommen vom
Kühlöl abgeschirmt, und zwar bei kleinstem Raumbedarf, was bei einem Ringträger von Wichtigkeit ist. Das
von der oberen Abstreifkante gesammelte Öl kann durch die schräg verlaufenden Rückführungskanäle
staufrei in die dreieckförmige Ringnut abfließen, das von der unteren Abstreifkante abgestreifte Öl wird teilweise
abgeschält und fließt an der schrägen Flanke der gleichen Nut ab, von wo aus es durch den Spalt zwischen
dem Schild und der Zylinderwai.d gleichmäßig in den Kurbelraum gelangt. Es muß noch erwähnt werden,
daß die dreieckförmige Ringnut so groß bemessen ist. daß sie wenigstens das auf halbem Abwärtshub des
Kolbens, wo dieser zunehmend beschleunigt wird, abgestreifte Schmieröl aufnehmen kann. Beim weiteren
Abwärtshub wird der Kolben bereits wieder verzögert, es tritt ein beschleunigtes Abfließen des Schmieröls auf.
so daß ein ölstau nicht mehr auftritt. Zum Vermeiden eines solchen ölstaues dienen schließlich auch die beiden
schrägen Flanken der dreieekförmigen Ringnut.
Als eine Weiterbildung der Erfindung wird noch vorgeschlagen, daß über der oberen Abstreifkante des Ölabstreifringes
im Kolbenmantel ein weiterer ringförmiger ölsammelkanal mit Ablaufleitung zum Raum hinter
dem Ölabstreifring vorgesehen ist.
Hierdurch wird nicht nur etwa beim Abwärtshub des Kolbens über die obere Abslrcifkantc des Ölabsireifringes
sich etwa noch ansammelndes Schmieröl ebenfalls abgeleitet, sondern es erfolgi auch beim nachfolgenden
Aufwärtshub des Kolbens eine restlose Reinigung der Zylinderlauffläche, so daß diese wieder mit
frischem Schmieröl besprkzt werden kann.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
schematisch dargestellt Es zeigt
F i g. 1 einen Längsmittelschnitt durch einen sich in
einem Zylinder bewegenden Kolben mit der erfin dungsgemäßen ölrückführung und
F i g. 2 einen vergrößerten Ausschnitt im Bereich des Ölabstreifringes mit dem Ölabstreifring und der erfindungsgemäßen
Ölrückführung nach F i g. 1.
ίο Ein Kolben 1 gemäß der Erfindung, von dem hier nur
sein kopfseitiges Ende dargestellt ist, ist als Hohlkolben ausgebildet und weist an seinem nur als Ringträger ausgebildeten
Kolbenmantel 2 zwei oder mehrere untereinander angeordnete Kolbenringe 3 und mindestens
einen unmittelbar unterhalb der Kolbenringe 3 angeordneten Ölabstreifring 4 auf. Kolbenringe 3 und Ölabstreifring
4 sind in Ringnuten 5 im Kolbenmantel 2 gebettet und zum Zwecke ihres Andrückens gegen eine
den Kolben 1 aufnehmende Zylinderwand 6 radial vor-
ao gespannt. Im Gegensatz zu den Kolbenringen 3, die auf
ihre eigene Federspannung angewiesen sind, ist der Ölabstreifring 4 an seiner der Abstreifebene abgewandten
Seite mit einer Spiralfeder 7 versehen, die dem Ölabstreifring die erforderliche radiale Vorspannung ver-
»5 leiht. Der Ölabstreifring 4 weist H-förmigen Querschnitt
auf. wobei zwei Abstreifkanten 8, 9 zur Zylinderwand 6 und zwei andere Schenkel 10, 11 zum Inneren
des Kolbens 1 gerichtet sind. Die zur Zylinderwand 6 gerichteten Abstreifkanten 8, 9 schließen mit
einem sie verbindenden Steg 12 und der Zylinderwand 6 einen Ringraum 13 ein, der hier als der vorderer
Ringraum vor dem Ölabstreifring 4 bezeichnet werden soll. Dieser Ringraum 13 steht mit einem weiteren
Ringraum 14 hinter dem ölabstreifring 4 über mehrere
radiale Durchführungen 15 im Steg 12 in Verbindung. In dem Ringraum 14 hinter dem ölabstreifring 4 ist
zwischen den zum Kolbeninnern gerichteten Schenkeln 10,11 die Spiralfeder 7 vorgesehen, welche zum Zwekke
des radialen Andrückens des ölabstreifringes 4 an die Zylinderwand 6 sich an dem die Schenkel verbindenden
Steg 12 anpreßt. Der hinter dem ölabstreifring 4 sich befindende Ringraum 14 ist über aus mehreren
Bohrungen in einem Stützsteg 16 bestehenden Rückführungskanälen 17 mit einer der Zylinderwand 6 benachbarten,
im Querschnitt dreieckförmigen Ringnut 18 verbunden. Diese Ringnut 18 wird von einem kegelförmigen
Schild 19, welcher an dem dem Brennraum abgewandten Ende des Kolbens 1 vorgesehen ist und
zum Kolbeninneren hin den Kolbenmantel 2 in einen abgeschrägten Rand 26 auslaufen läßt, dem Stützsteg
16 und der Zylinderwand 6 gebildet. Der freie Rand 20 des Schildes 19 erstreckt sich bis annähernd zur Zylinderwand
6 und läßt dort nur einen Spalt 21 zum Abfließen des abgestreiften Schmieröls aus der Ringnut 18
offen. Das Schmieröl, das von der Abstreifkante 8 des Ölabstreifringes 4 von der Zylinderwand 6 abgestreift
wird, wird im Ringraum 13 vor dem ölabstreifring 4 gesammelt und gelangt von dort über die radialen
Durchführungen 15 in den Ringraum 14 hinter dem ölabstreifring
4 und von hier wiederum über die Rückführungskanäle 17 in die Ringnut 18. In diese Ringnut 18
gelangt außerdem das in einem Ölsammelraum 24 gesammelte und über eine nicht dargestellte Ölleitung in
den Ringraum 14 geleitete Schmieröl sowie das vor. der Abstreifkantc 9 abgestreifte und über eine Einschnürung
23 geförderte Schmieröl. Die Ringnut 18 verläßt das abgestreifte Schmieröl wiederum über den Spalt 21,
um an der Zylinderwand 6 entlang gleitend, zu einem in
der Zeichnung nicht dargestellten Filter mit dahinter folgendem Kühler zu gelangen. Nach seiner Aufbereitung
im Kühler und Filter wird das Schmieröl erneut der Zylinderwand 6 zugeführt.
Der Ölsammclraum 24. der oberhalb des Ölabstreifringes 4 angeordnet ist. weist zum Zwecke des Abstreifens
des vom Ölabstreifring nicht ganz mitgenommenen Schmieröls eine zusätzliche Abstreifkante 25 auf.
Der unter dem Ölabstreifring 4 liegende Stützsteg 16 ist im Uereich der Rückführungskanäle 17 mit einer hinlersiochenen
Kante 22 versehen, die der besseren Rückführung des Schmieröles dient. Außerdem weist
der Stüt/steg 16 an seiner der Zylinderwand zugewandten
Seite die vorgenannte iiinschnüriing 23. die eine Verbindung von der Abstreifkante 9 zur Ringnut
18 bildet und durch die die Abstreifkante 9 angeschnitten wird. auf.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Kolben, insbesondere für Dieselbrennkraitmaschinen,
bei dem der Kolbenmantel nur als Ringträger ausgebildet ist und unmittelbar unterhalb der
Kolbenringe eine weitere Ringnut aufweist, in der ein mit zwei Abstreifkanten versehener Ölabstreifring
angeordnet ist, in dem radiale Durchführungen vorgesehen sind, die den Raum zwischen den beiden
Abstreifkanten mit einem im Nutgrund hinter dem ölabstreifring liegenden Ringraum verbinden,
der seinerseits unterhalb des Ölabstreifringes Rückführungskanäle
zum Rückführen des sich in ihm ansammelnden Öles an die Zylinderlauffläche aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnut (5) nahe dem von innen nach außen abgeschrägter· Rand (26) des Kolbenmantels angeordnet
und zwischen dieser und dem Rand eine weitere, im Querschnitt dreieckförmige Ringnut (18) vorgese- ao
hen ist, deren dem Rand zugewandte Flanke parallel zur Abschrägung verläuft und deren andere
Flanke so verläuft, daß sie die untere Abstreifkante (9) des ölabstreifringes (4) anschneidet und die Öffnungen
der etwa rechtwinklig zu ihr verlaufenden Rückführungskanäle (17) aufnimmt, und daß der so
aus Nutflanke und Abschrägung (26) gebildete Schild (19) sich in Richtung auf die Zylinderwand (6)
so weit erstreckt, daß ein für den Ölablauf ausreichender
Spalt (21) verbleibt.
2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über der oberen Abstreifkante (8) des
ölabstreifringes (4) im Kolbenmantel ein weiterer ringförmiger ölsammelraum (24) mit Ablaufleitung
zum Raum (14) hinter dem ölabstreifring (4) vorgesehen ist.
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