DE4014705A1 - Gekuehlter tauchkolben fuer verbrennungsmotoren mit voneinander getrenntem kolbenoberteil und kolbenschaft - Google Patents

Gekuehlter tauchkolben fuer verbrennungsmotoren mit voneinander getrenntem kolbenoberteil und kolbenschaft

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Description

Die Erfindung betrifft einen gekühlten Tauchkolben für Verbrennungsmotoren mit voneinander getrenntem Kolbenoberteil und Kolbenschaft nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Derartige Kolben sollen bezüglich ihres Laufverhal­ tens und der Art der Wärmeabfuhr aus dem Kolbenober­ teil verbessert werden.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Ausbildung des gattungsgemäßen Kolbens nach den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der Un­ teransprüche.
Die kennzeichnenden Merkmale g, h und i sollen in er­ ster Linie bewirken, daß ein möglichst hoher Anteil der von den Verbrennungsgasen in den Kolbenboden ein­ dringenden Wärme über die Kolbenringe an den Motorzy­ linder geleitet werden kann. Dadurch wird sicherge­ stellt, daß das Kühlöl innerhalb des Kühlölringraumes durch Berührung an der dem Kolbenboden zugewandten Begrenzungswand des Ringraumes nicht auf für die Be­ ständigkeit des Öles zu hohe Temperaturen erhitzt wird. Dadurch wird eine unzulässig rasche Ölalterung sowie eine Öllackbildung an der oberen Begrenzungs­ wand des Kühlringraumes vermieden.
Durch die Merkmalskombination wird auch die Festig­ keit und Verformungssteifigkeit günstig beeinflußt.
Auch das kennzeichnende Merkmal i ist unter dem vor­ genannten Aspekt zu betrachten, wobei hier zusätzlich noch Festigkeitsgesichtspunkte mit berücksichtigt sind.
Durch das Merkmal des Anspruchs 4 wird die Aufrecht­ erhaltung einer einwandfreien Dichtfunktion der Kol­ benringe bei einem sich im Motorbetrieb durch die Wärme leicht aufwölbendem Kolbenhoden gewährleistet.
Das Merkmal des Anspruchs 5 dient einer guten Führung des Kolbenoberteiles in der Zylinderbohrung des Mo­ tors. Insbesondere soll eine hohe Freßsicherheit ge­ geben sein.
Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung in einem Längsschnitt dargestellt.
Der Kolben besteht aus einem Oberteil 1 aus einem beispielsweise geschmiedeten Stahl und einem Schaft 2 aus beispielsweise Aluminium.
Das Oberteil 1 und der Schaft 2 sind lediglich über einen in der Zeichnung nicht dargestellten Kolbenbol­ zen miteinander verbunden und an dem Pleuel 3 des Mo­ tors angelenkt.
Das die Kolbenringnuten 3, 4 und 5 aufnehmende Ring­ band 6 ragt frei von dem Kolbenboden ab und endet axial mit kurzem Abstand oberhalb des Schaftes 2.
Radial innerhalb des Ringbandes 6 befindet sich ein Kühlölringraum 7, der im Kolbenoberteil zum Schaft 2 hin offen ausläuft.
Radial innen ist der Ringraum 7 durch eine von dem Kolbenboden ausgehende Ringrippe 8 begrenzt, an die jeweils gegenüberliegend eine Nabe 9 zur Aufnahme des Kolbenbolzens angeformt ist.
Im Zentrum des Kolbenbodens liegt eine Brennraummulde 10, die teilweise direkt an die Ringrippe 8 angrenzt. Die Ringrippe 8 besitzt eine mittlere Neigung von etwa alpha = 20 Grad.
Die Dicke des Kolbenbodens oberhalb des Ringraumes 7 beträgt B = 10% des Kolbendurchmessers D. Die Wand­ dicke der Ringrippe 8 beträgt N = 6% des Kolbendurch­ messers.
Die geringste Wanddicke hinter einer der die Kompres­ sionsringe aufnehmenden Ringnuten beträgt N = 2,8% des Kolbendurchmessers. Die für den Motorbetrieb vor­ gehaltene Schräge für die zweite Ringnut beträgt beta = 10 Minuten.
Der Unterschied in der Länge der großen und kleinen Ovalitätsachse der polaren Außenform des Ringbandes 6 beträgt 0,2% des Kolbendurchmessers.
Der gezeigte Kolben besitzt einen Durchmesser von D = 120 mm.
In dem Kolbenschaft 2 sind an dem zu dem Kolbenober­ teil weisenden Ende Ölfangtaschen 11 angebracht, in denen das aus dem Kühlölringraum 7 austretende Kühlöl aufgefangen und zurück in den Ringraum geshakert wird.
In dem Bereich, in dem die Ringrippe 8 in die Naben 9 übergeht, ist radial umlaufend um die Naben eine Ein­ schnürung 12 eingearbeitet und zwar beispielsweise durch spanende Bearbeitung.

Claims (6)

1. Gekühlter Tauchkolben für Verbrennungsmotoren mit voneinander getrenntem Kolbenoberteil und Kolben­ schaft, die über einen Kolbenbolzen gelenkig mit­ einander verbunden sind, bei dem das Kolbenober­ teil aus Stahl oder Eisen besteht und folgende Grundform besitzt,
  • a) von dem Kolbenboden ragt ein die Ringnuten (3, 4, 5) aufnehmendes Ringband (6) frei in Richtung des Kolbenbolzens, oberhalb dessen es endet,
  • b) radial innen grenzt das Ringband (6) an einen mit Kühlöl beaufschlagbaren in Richtung zum Kolben­ schaft (2) offenen, jedoch abdeckbaren, Kühlöl­ ringraum (7),
  • c) die radial innere Begrenzung des Kühlölringraumes (7) bildet eine von dem Kolbenboden ausgehende Ringrippe (8),
  • d) die Ringrippe (8) geht in Richtung des Kolben­ schaftes (2) in zwei gegenüberliegende den Kolben­ bolzen lagernde Naben (9) über,
  • e) das freie kolbenschaftseitige Ende des Ringbandes (6) ist radial nicht steif an die zentrale Rin­ grippe (8) angebunden,
  • f) in dem Kolbenboden ist eine Brennraummulde (10) eingeformt, die zum Teil von der Ringrippe (8) be­ grenzt ist, gekennzeichnet durch die Merkmale,
  • g) der Kühlölringraum (7) endet kolbenbodenseitig in einer zum Kolbenboden parallelen Ebene, die gegen­ über der von dem Kolbenboden gebildeten Ebene ei­ nen Abstand von etwa B = 6-12% des Kolbendurch­ messers D aufweist,
  • h) der Abstand B und die Lage der obersten Kolbenrin­ gnut (3) sind so aufeinander abgestimmt, daß der Kühlölringraum (7) axial nicht oberhalb der unte­ ren Nutflanke der obersten Ringnut (3) zu liegen kommt,
  • i) in dem oberhalb der Unterflanke der zweiten Kol­ benringnut (4) liegenden Bereich des Ringbandes (6) besitzt dieses eine radiale Wanddicke N von größer als 2,5% des Kolbendurchmessers D,
  • j) in dem radial an die Brennraummulde (10) angren­ zenden Bereich der Ringrippe (6) besitzt diese ra­ dial eine Dicke von etwa N = 4-7% des Kolben­ durchmessers D, wobei der obere Wert für eine mittlere Schräge des die Brennraummulde (10) di­ rekt begrenzenden Bereichs der Ringrippe gegenüber der Kolbenachse von etwa alpha = 60 Grad gilt und mit auf etwa alpha = 0 Grad fallender Schräge auf den unteren Wert abnimmt.
2. Tauchkolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (7) über einen radial inneren und einen radial äußeren Verrundungsradius (Ri bzw. Ra) in den Kolbenbodenbereich einmündet, der mindestens R = 3 mm beträgt.
3. Tauchkolben nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Verrundungsradius Ri größer als der äußere Verrundungsradius Ra ist und minde­ stens Ri = 4 mm mißt.
4. Tauchkolben nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest bei einer der Kompressionsringnuten die Oberflanke derart schräg nach oben außen ver­ laufend im Kaltzustand des Kolbens vorgehalten ist, daß bei einer Aufwölbung des Kolbenbodens im Motorbetrieb eine für diesen Zustand gewünschte Anlage des betreffenden Kolbenringes an diese Nu­ toberflanke gegeben ist.
5. Tauchkolben nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Außenfläche des Ringbandes (6) leicht oval mit in Richtung der Bolzenachse lie­ gender kleiner Ovalitätsachse ausgebildet ist.
6. Tauchkolben nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Bereich, in dem die Ringrippe (8) in die Naben (9) übergeht, radial außen eine geringe Einschnürung (12) eingearbeitet ist.
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