DE2046978A1

DE2046978A1 - Kolben fur Hubkolbenmaschinen

Info

Publication number: DE2046978A1
Application number: DE19702046978
Authority: DE
Inventors: Harold Taylor Caton Ronald Morris. Lymington Hampshire Hill (Großbritannien)
Original assignee: Wellworthy Ltd
Current assignee: Wellworthy Ltd
Priority date: 1969-09-24
Filing date: 1970-09-24
Publication date: 1971-04-15
Also published as: GB1319958A

Description

PATENTANWÄLTE Z U 4 ö O / Q

DR. HUGO WiLCKEN · DIPL.-ING. THOMAS WILCKEN

D - 24 LÜBECK. BREITE STRASSE S2-54 22,9· 1970

Cz./B.

Anmelder:
'Wellworthy Limited, Lymington (Hampshire), Stanford Road /Groß br it armier

Kolben für Hubkolbenmaschinen

Die Erfindung betrifft Kolben und Kolbenmaschinen mit hin- und hergehenden Kolben, wie z.B. Brennkraftmaschinen oder Kompressoren mit dem vorgenannten Kolbentyp.

Gemäß der Erfindung umfaßt der Kolben eine Krone und eine Seitenwandung, welch letztere mit einer sich umfangsmäßig erstreckenden schraubenförmigen Nut ausgestattet ist, die wenigstens zu einem Teil mit einem vorbestimmten Profil versehen ist.

Der obere Teil der Nut, d.h. der Teil der Nut, der der Krone am nächsten liegt, kann mit einem vorbestimmten Profil versehen sein, d.h. das Profil kann sich von seinem Verbindungspunkt mit der Oberfläche der Seitenwandung nach einem vorbestimmten Profil nach innen erstrecken, während das Profil eines Teils oder des verbleibenden Rests der Nut beliebig oder sich frei ergebend ausgebildet sein kann. Alternativ kann der Hauptanteil der Nut, z.B. im wesentlichen das gesamte Profil der Nut, vorbestimmt seinj z.B. kann die Nut ein symmetrisches Profil aufweisen, z.B. kann sie, im Quer-

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schnitt gesehen, gemäß einem Radius gewölbt bzw. verrundet, teilkreisförmig oder V-förmig ausgebildet sein, oder alternativ kann sie ein asymmetrisches Profil aufweisen, z.B. kann sie keilartig ausgebildet sein. Die Nut, die sich um die Kolbenschürze herum erstreckt, die den Teil der Seitenwandung zwischen dem Kolbenringnutträgerteil und dem offenen Ende der Seitenwandung bildet, kann umfangsmäßig fortlaufend oder unterbrochen sein und kann sich über einen Teil erstrecken oder im wesentlichen über die gesamte axiale Erstreckung der Schürze.

Die Erfindung besteht auch in einem Verfahren zur Herstellung eines Kolbens, das den Schritt einschließt, daß in die Seitenwandung des Kolbens eine sich umfangsmäßig erstreckende schraubenförmige Nut mit einem vorbestimmten Profil eingeschnitten wird.

Die Nut kann durch Nockendrehen (Drehen unter Verwendung einer Nockensteuerung) hergestellt werden, wobei ein Diamant- oder ein äquivalentes Schneidwerkzeug mit einem vorbestimmten Profil benutzt wird, wobei der Vorschub des Werkzeugs die Ganghöhe bzw. Steigung der Schraubenlinie der Nut bestimmt.

Um die Erfindung verständlicher zu machen, wird sie nachstehend an mehreren in der anliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

'Die Figuren 1 bis 4 zeigen teilweise Längsschnitte einer Kolbenschürze, die profilierte Nuten gemäß den verschiedenen Ausführungsbeispielen nach der Erfindung enthalten. :

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In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die ■ Schürze 1 eines Kolbens aus einer Leichtmetallegierung mit einer gemäß einem Radius gewölbten bzw. verrundeten Nut 2 versehen. Diese Nut 2 weist die Form einer fortlaufenden Schraubenlinie oder eines gewindemäßigen Schnitts in der äußeren Oberfläche der Schürze auf und besitzt eine Tiefe und eine Breite von angenähert 0,0254 mm bzw, 0,381 mm. Die Ganghöhe bzw. Steigung der schraubenlinienförmigen Nut 2 ist derart, daß ein Nutzwischenbereich 3 von angenähert 0,381 mm Breite zwischen den aneinander angrenzenden Gängen der Schraubenlinie verbleibt.

In Fig. 2 beträgt die Nutbreite und die Nuttiefe angenähert 0,508 bzw. 0,0330 mm, während der NutZwischenbereich ein Maß von angenähert 0,254 mm aufweist.

In den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 und 2 besitzen die Nuten 2 ein symmetrisches Profil, wogegen die Ausführungsbeispiele nach den Fig. 3 und 4 ein asymmetrisches Profil aufweisen* In den Fig. 3 und 4 ist das Profil jeder Nut 2 derart ausgebildet, % daß ihr oberer Teil 2a, der an die Kolbenkrone (nicht dargestellt) am nächsten angrenzt, im wesentlichen normal in bezug auf die äußere Oberfläche der Kolbenschürze 1 angeordnet ist, so daß eine scharfe Kante bzw. eine scharfe Ecke an dem Verbindungspunkt des Teils 2a mit der Schürze 1 gebildet ist_e Der untere Teil 2b der ; Nut2 verläuft geneigt relativ zur und geht über in die Oberflä- j ehe der Schürze 1.

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Obgleich in den Fig. 1 bis 4 lediglich zwei aneinander angrenzende Gänge jeder Nut 2 dargestellt sind, wird die Schürze in der Praxis mit einer Mehrzahl von Gängen versehen sein, die den gesamten oder einen Teil der axialen Höhe der Schürze bedecken, und zwar zwischen dem Eolbenringnutträger (nicht gezeigt) und dem offenen Ende (nicht gezeigt) der Kolbenseitenwandung.

Wenn ein Kolben, der eine genutete Schürze wie vorstehend beschrieben und dargestellt enthält, betriebsfähig in einem Zylinder (nicht dargestellt) einer Brennkraftmaschine eingesetzt ist, wird die Schmierung bzw. Ölversorgung der Schürze gemäß der Tatsache vergrößert, daß das Schmiermittel dazu neigt, sich während der hin- und hergehenden Bewegung des Kolbens innerhalb der Nute 2 zu sammeln. Diese vergrößerte bzw. verbesserte Schmierung führt zur Reduzierung der Bildung von harten Flecken auf den tragenden Oberflächen der Schürze, die verschiebbar bzw. reibend mit der Zylinderbohrung zusammenarbeitet, d.h. mit den Nutzwischenbereichen 3, und neigt ebenfalls dazu, irgendwelche sich bildende harte Flecken auszuwaschen oder zu dispergieren. Das Versehen der iKolbenschürze mit Nuten neigt auch dazu, irgendwelche derartige !harte Flecken zu lokalisieren und unterstützt den anfänglichen

,EinlaufVorgang des Kolbens.

Aus den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 und 2 ist ersichtlich, . daß der eingeschlossene Winkel zwischen der kurzen Oberfläche j und dem oberen Teil der Nut, d.h. dem Teil 2a, welcher der Kolbenir ■krone am nächsten liegt, größer als 90° ist. Nach jedem Ausfüh- ;

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rungsbeispiel der Fig. 3 und 4 ist jedoch der eingeschlossene Winkel zwischen der Schürzenoberfläche und dem oberen Teil 2a der Nut 2 angenähert 90° (obwohl er alternativ weniger als 90° betragen kann^_f so daß an dem Verbindungspunkt der Schürzenoberfläche und dem Teil 2a eine scharfe Kante bzw. Ecke gebildet ist. Dadurch, wenn sich der Kolben in der Zylinderbohrung während seines Betriebs nach unten bewegt, bewirkt die scharfe Kante, daß das Schmiermittel bzw. Öl von der Oberfläche der Zylinderbohrung abgekratzt wird und in die Nut 2 gelangt. Während der aufwärts gerichteten Bewegung bzw. des Kompressionstaktes des Kolbens erzeugt der geneigte Teil 2b der Nut 2 eine Keilwirkung, so daß das Schmiermittel in der Nut dazu neigt, aus der Nut auszuflie- \

ßen und zwischen die Schürzenoberfläche und die Zylinderbohrung _; e inzudr ingen.

Es ist klar, daß die Seitenwandung eines Kolbens, der einen an die Krone angrenzenden und mit ihr zusammenhängenden Kolbenring- _; träger bzw. Kolbenringträgerteil und eine Schürze einschließt, _;

die \rqm Träger bzw. Trägerteil herabhängt und mit ihm zusammen- j

hängt, im allgemeinen nicht eine einfache zylindrische Form auf- ; :weist, sondern eine komplexe Kontur oder Form besitzt. Die äuße- j

re Oberfläche der Seitenwandung kann z.B. in Längsrichtung konisch ausgebildet sein, so kann sie im Querschnitt oval mit einem Ovalitätsmaß sein, das sich entlang der Kolbenachse ändert, ^und/oder sie kann mit einer Abflachung, Abschrägung oder .einer "anderweitigen Verjüngung versehen sein. Die komplexe Form kann z.B. durch Nockendrehen der Seitenwandung erreicht werden, in

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welchem Verfahren das Schneidwerkzeug, z.B. ein diamant- oder fcarbid.bestücktes Werkzeug, relativ zur Richtung der Kolbenachse vorgeschoben bzw. verschoben und gleichzeitig in Richtung auf oder weg vom Kolben verfahren wird, um in Abstimmung mit einem vorbestimmten Programm die gewünschte Form zu erzeugen, wobei das Programm durch ein oder mehrere Steuernocken bestimmt wird. In diesem Fall kann die Nut 2 gleichzeitig mit der Nockendreharbeit in die Schürze eingeschnitten werden, und zwar durch Verwendung änjes zusätzlichen Schneidwerkzeuges mit einer Schneidkante, die so geformt ist, daß sie dem Profil der Nut 2 entspricht,

ι wobei das zusätzliche Werkzeug für die Bewegung im Einklang bzw. Gleichgang mit dem erstgenannten W_erkzeug befestigt ist, wobei jedoch das letztere Werkzeug nachläuft, z.B. mit einem Maß von angenähert 3,175 mm, und wobei der Betrag des Vorschubs oder des Vorlaufmaßes des Werkzeugs eingestellt ist, um den gewünschten

: Nutabstand bzw. die gewünschte NutSteigung zu erzeugen.

Es sei betont, daß verschiedene Abänderungen vorgenommen werden können, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel kann die Nut, anstatt daß sie umfangsmäßig fortlaufend

schraubenlinienförmig um den Umfang der Schürze herum gebildet ι ist, unterbrochen sein, so daß lediglich gewisse Zonen der Schürze genutet sind. Diese Zonenkönnen die-.Druckflächen der Schürze umfassen, d.h., die diametral gegenüberliegenden Zonen der Schürze, ι die umfangsmäßig von der Achse der Kolbenbolzenlageraugen um an-'

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ί genähert 90 versetzt liegen. Die axiale Erstreckung der genutet ten Zone oder der genuteten Zonen der Schürze kann geändert sein^

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wie dies auch bei der Steigung, dem Profil und der Tiefe der Nut der Fall sein kann.

Andere Nutenprofile als die speziell dargestellten können angewendet werden. Zum Beispiel kann der eingeschlossene Winkel zwischen der Schürzenoberfläche und dem oberen Teil 2a der Nut, gezeigt in den Fig. 3 und 4» auf einen Wert weniger als 90° reduziert werden, so daß der Teil 2a abwärts und weg von der Schürzenoberfläche geneigt verläuft, um eine hakenartige Form anzunehmen, wodurch der Abkratzeffekt der Nut vergrößert ist.

Anstatt daß der gesamte Querschnitt der fortlaufenden oder unterbrochenen Nut mit einem vorbestimmten Profil, wie es in den Zeichnungen gezeigt ist, versehen wird, braucht lediglich das Profil, und insbesondere der Winkel, des oberen Teils 2a der Nut gesteuert werden bzw, vorbestimmt zu sein. Zum Beispiel sollte der eingeschlossene Winkel zwischen der Schürzenoberfläche und dem oberen Teil 2a größer als 90° sein, wenn die Nut lediglich eine :Abdichtung gegen Ölaustritt bewirken soll, oder 90° oder weni- j

;ger, wenn die Nut zusätzlich eine Abkratztätigkeit bewirken soll. Der Rest oder der untere Teil der Nut kann ein beliebiges J - oder sich zweckmäßig frei ergebendes Profil aufweisen. ;

:Anstatt das Formgeben und Fertigbearbeiten der Schürze durch ,

ein Werkzeug vorzunehmen und gleichzeitig die Nut in die fertig ί

bearbeitete Oberfläche mit Hilfe eines zweiten getrennten Werk- !

; zeuges einzuarbeiten, das im Gleichgang mit dem erstgenannten \

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Werkzeug arbeitet, können die beiden Werkzeuge auch zusammenhängend ausgebildet sein.

Alternativ kann die Nut durch ein geeignetes Drehwerkzeug in ,einem getrennten Arbeitsgang eingeschnitten werden, und zwar vor oder nach dem Formgeben der Schürze durch Nockendrehen, Schleifen od. dgl..

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Claims

• · 1

PATENTANWÄLTE . /.Ό ΗΌ Ό / U

DR. HUGO WILCKEN · DIPL.-ING. THOMAS WILCKEN

D - 24 LÜBECK. BREITE STRASSE 52-54

Anmelder: J . 22.9.1970

Wellworthy Limited, lymington (Hampshire)Großbritannien, *'

Stanford Road

Patentansprüche

f1 J Kolben mit einer Kolbenkrone und einer Kolbenseitenwandung, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenseitenwandung mit einer sich umfangsmäßig erstreckenden schraubenlinienförmigen Nut versehen ist, die wenigstens zu einem Teil mit einem vorbestimmten Profil versehen ist.
2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß derjenige Teil der Nut, der an die Krone am nächsten angrenzt, aus einem vorbestimmten Profil besteht, während das Profil von wenigstens einem Teil des Rests der Nut von beliebiger Natur ist.
3. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut aus einem symmetrischen Profil besteht.
4. Kolben nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut einen Querschnitt aufweist, der aus derjenigen Gruppe gewählt ist, in der die nach einem Radius gewölbten bzw. verrundeten, nach exner tei- bzw. teilweise kreisförmigen oder nach einer V-förmigen Form ausgeführten Nutenformen zusammengefaßt sind.

Ubxic (0451) 7 58 88, Privoti Dr. H. Wllek.n, Curau (0450J) 210 . D!pl.-Ing. Th. Wllck.n, lObtdc (0451) 2 51 5? Banki Comnwibank A. G., FII. Ub«dc, Kto.-Nr. 39 01*7 Poitiditdii Hambur_B 1381 19

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5. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut ein keilartiges Profil aufweist.
6. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut UTTifangsmäßig fortlaufend ausgebildet ist.
7. Verfahren zur Herstellung eines Kolbens mit einer Kolbenkrone

^ seiten3
und einer Kolbe3^#anaung, dadurch gekennzeichnet, daß es den Schritt einschließt, daß in die Seitenwandung des Kolbens eine sich umfangsmäßig erstreckende schraubenlinienförmige Nut einge- ; schnitten wird, die wenigstens zu einem Teil mit einem vorbestimmten Profil versehen ist.

|8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut durch Nockendrehen gebildet ist, wobei ein Schneidwerkzeug 'mit dem genannten vorbestimmten Profil benutzt wird und wobei ,das Werkzeug mit eine» Maß geführt bzw. bewegt wird, um die Ganghöhe bzw. Steigung der Schraubenlinie der Nut zu bestimmen.

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