DE2717084C2

DE2717084C2 - Kolben für Hubkolben-Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren

Info

Publication number: DE2717084C2
Application number: DE19772717084
Authority: DE
Inventors: Günter 8543 Hilpoltstein Elsbett; Ludwig Ing.(Grad.) Elsbett
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-04-18
Filing date: 1977-04-18
Publication date: 1985-03-28
Also published as: DE2717084A1; JPS6131294B2; JPS549313A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kolben für Hubkolben-Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren, mit einem der Brenngaswärme ausgesetzten, dichtenden Kolbenoberteil und einem mit diesem gelenkig verbundenen, Normalkräfte aufnehmenden, führenden Gleitschuh, von welchen das Oberteil einen Ringträger und einen mit dem Boden des Kolbenoberteils verbundenen, rotationssymmetrischen und kegelstumpfförmigen Stützring aufweist, der in seiner Verlängerung von dessen Anschluß am Boden des Kolbenoberteils aus in einen gabelförmig ausgeführten, von zwei Schenkeln gebildeten Fuß des Kolbenoberteils ausläuft, sowie die Schenkel dieses gabelförmigen Fußes symmetrisch zu einer durch die Mitte des Kolbens führenden Längsmittelebene mit Lageraugen für einen das Kolbenoberteil mit dem Gleitschuh gelenkig verbindenden Gelenkbolzen ausgestattet sind, darüber hinaus der mittlere Durchmesser des Stützringes am Boden des Kolbenoberteils sich zum mittleren Durchmesser des Stützringes am Fuß des Kolbenoberteils verhält wie gleich bis annähernd gleich 2:1, wobei der mittlere Durchmesser des Stützringes am Boden im Bereich des Schwerkreisesder projizieren Kolbenbodenflächeliegt.

Bei schnellaufenden Hubkolben-Brennkraftmaschinen, wie beispielsweise Diesel- und Ottomotoren, geht man immer mehr dazu über, die zu bewegenden Massen so gering wie nur möglich zu halten, um dadurch höhere Leistungen durch Erhöhen der Drehzahlen der Brennkraftmaschinen zu ermöglichen. Eine Möglichkeit, solche zu bewegenden Massen zu verringern, bietet sich in der Gestaltung der Kolben und deren Antriebsteile an, . und es werden diverse Anstrengungen gemacht, diese Teile gewichtssparender auszuführen.

Um diesen Forderungen nahe zu kommen, hat man

bei einem bekannten Kolben dieser Art den Kolben in zwei Abschnitte, d. h. einem Kolbenoberteil und einem Gleitschuh, unterteilt, von denen das Kolbenoberteil der Brenngaswärme ausgesetzt ist, und der Gleitschuh dem Führen dieses Oberteils dient Die einzelnen Abschnitte sind bei dieser bekannten Ausführung über einen Gelenkbolzen pendelnd miteinander verbunden, wobei das Kolbenoberteil der Abdichtung des Kolbens an der Wand eines Zylinders dient und von der Aufnahme von

ίο Normalkräften aus der Bewegung des Kolbens im Zylinder entlastet ist Der Gleitschuh, der der Führung des Kolbenoberteils dient, gleitet mit dessen Mantel an der Zylinderwand und überträgt über diesen die Normalkräfte aus der Bewegung des Kolbens in den Zylinder.

wobei dieser Gleitschuh von den Einwirkungen des Gasdruckes weitgehend entlastet ist Das Kolbenoberteil ist mit einem Ringträger, an dem Dicht- und Abstreifringe angebracht sind, ausgestattet, und es ist dieser Kolben mit einer zum Boden hin offenen Ausnehmung, die den Brennraum des Kolbens bildet, versehen. Den Fuß des Kolbens bilden zwei Schenkel eines mit dem Boden des Kolbens verbundenen rotationssymmetrischen Stützringes, der gleichzeitig auch den Ringträger stützt

Dieser Fuß des Kolbens ist über einen Kolbenbolzen mit einem Pleuel geic-jikig verbunden, wodurch die Pendelbewegungen des Kolbens ermöglicht werden. Der Brennraum selbst, der wärmedichtend ausgeführt ist, ist pilzförmig ausgeführt und weist zwischen sich und der Innenwand des Stützringes wärmedämmende Einbauten auf, durch die ein Wärmefluß aus dem Brennraum in den Stützring und Ringträger weitgehend unterbunden wird. Zwar ist dieser Kolben geeignet den Wärmefluß weitgehend abzudrosseln, indessen müssen bei diesem Kolben besondere Maßnahmen getroffen werden, um den statischen Anforderungen weitgehend zu genügen, wobei bei höherer Belastung nicht ausgeschlossen werden kann, daß Biegebeanspruchun^n des Stützringes dessen Funktion beeinträchtigen können (vgL DE-OS 25 45 588).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Gewicht eines gattungsgemäßen Kolbens unter Beibehaltung einer hohen Belastbarkeit und Standfestigkeit des Kolbens im Betrieb zu verringern.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einem gattungsgemäßen Kolben dadurch gelöst, daß die Flächen aller Querschnitte des Stützringes in allen Ebenen senkrecht zur Kolbenlängsachse gleich groß sind.
Durch diese Maßnahmen wird nicht nur die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe vorteilhaft gelöst sondern es wird zudem ein Kolben geschaffen, der sich durch eine besonders einfache Herstellungsart auszeichnet Auch läßt sich dieser Kolben nicht nur als Automatenteil aus einem Vollmaterial herstellen, sondem es ist auch möglich, diesen zu gießen und nur dessen der Zylinderwand zugewandten Seiten zwecks guter Laufeigenschaften im Zylinder durch spanabhebende Bearbeitung fertigzustellen. Bei gießtechnischer Herstellung des Kolbens läßt sich die spanabhebende Bearbeitung in diesem sehr wesentlich einschränken. Ein wesentlicher Vorteil eines solchen Kolbens kann noch darin gesehen werden, daß dieser, insbesondere als Massenartikel gefertigt nicht nur sehr preisgünstig und zuverlässig hergestellt, sondern auch sehr anpassungsfähig für verschiedene Brennverfahren ausgeführt werden kann.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt, wobei der Kolben in

Vj einem Längsmittelschnitt durch sein Kolbenoberteil TA und dessen Gleitschuh gezeigt wird.
i| Der Kolben 1 gemäß der Erfindung wird im wesentli-

i'i chen von zwei Abschnitten gebildet, von denen der eine fg Abschnitt, d. h. das Kolbenoberteil, der Brenngaswärme fS ausgesetzt ist, und der andere Abschnitt, d. h. der Gleit- |tj schuh 9. hinter diesem erstgenannten Abschnitt die Fühif rungsaufgaben desselben übernimmt Das der Brenn- \<, gaswärme ausgesetzte Kolbenoberteil wird dabei von ii einem Boden 2 mit einem an diesem sich anschließenden Si; Ringträger 3, an dem Dicht- und Abstreifringe 4,5 ange-K" bracht sind und einem den Boden mit einem Fuß 6 des |S Kolbens 1 verbindenden Stützring 7 gebildet Der Stützte ring 7 ist über dessen Fuß 6 und einen diesen mit dem fä Gleitschuh verbindenden und nur strichpunktiert ange- ?J deuteten Kolbenbolzen 8 mit diesem Gleitschuh ver- U bundeo. Dieser Gleitschuh 9 ist dabei als ein zylindri- « sches Führungsteü ausgeführt, welches mit seinem Manfef tel an der Innenwand eines Zylinders 10 radial abge- Ψ stützt ist Der Gleitschuh 9 dient der Aufnahme von ~ Normalkräften aus der Schrägstellung des Pleuels bei |J seinem Längshub im Zylinder 10 und ist mit dem KoI-r* benoberteii pendelnd verbunden. Dadurch ist das KoI- % benoberteii von Normalkräften entlastet, so daß dieses ti Teil sich ausschließlich der Abdichtung des Ringträgers 'p 3, und somit auch des Bodens 2 des Kolbens 1, am Zylinh der 10 widmen kann. Der Stützring 7, der den Boden 2 fi des Kolbens 1 mit dessen Fuß 6 verbindet, ist kegelför- :-ι mig ausgeführt und bei dieser Ausführung in seinem ■'"■ Inneren mit einer Ausnehmung 11 versehen.

f Analog dem außen liegenden Kegelmantel des Stützringes 7. ist auch die Ausnehmung 11 im Inneren als ein Kegelmantel ausgeführt Die Basis dieser Ausnehmung .-.; 11. welche dem Boden 2 des Kolbens 1 zugewandt ist, : kann einen Durchmesser 18 aufweisen, der annähernd

die Größe eines Schwerkreises 19 des Bodens haben ; kann, wobei unter Schwerkreis hier der etwa 0,7fache

Durchmesser des Bodens 2 des Kolbens 1 verstanden wird.

Der den Boden 2 mit dem Fuß 6 des Kolbens 1 verbindende Stützring 7 kann, wie dargestellt, die kegelförmige Gestalt aufweisen und er kann im Bei eich seiner Enden, d. h. seiner Basis 20 und seines Kegelstumpfes 21, über Stützflächen sowohl am Boden 2 als auch den Schenkeln 22,23 im Bereich des Fußes 6 des Kolbens 1 angeschlossen sein.

Wichtig für die Gestaltung des Kolbens 1 ist dabei, daß der Kegelmantel des Stützringes 7 so ausgeführt wird, d. h. eine solche kegelförmige Form aufweist, daß die Flächen aller Querschnitte dieses Stützringes zur so ^λ Kolbenlängsachse Y gleich groß sind. Untersuchungen haben ergeben, daß eine solche Form sehr gut geeignet ist. den statischen Anforderungen, die an den Kolben 1 gestellt werden, gtrecht zu werden.

In der Regel, insbesondere bei Otto-Motoren, wird dieser Kolben 1 mit einem durchgehenden Boden 2 ausgeführt, und es bleibt die Ausnehmung 11 am Fuß 6 des Kolbens offen. Bei Kolben 1 für Diesel-Motoren ist dagegen vielfach die Ausnehmung 11 zum Boden hin offen und zum Fuß 6 des Kolbens hin geschlossen,

Bei der Ausführung des Kolbens 1 nach der ersten Variante ist es auch möglich, diesen durch Einführen eines Spritzöls in dessen Ausnehmung 11 zu kühlen, wenn die Belastung des Kolbens dies notwendig erscheinen läßt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Kolben für Hubkolben-Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren, mit einem der Brenngaswärme ausgesetzten, dichtenden Kolbenoberteil und einem mit diesem gelenkig verbundenen, Normalkräfte aufnehmenden, führenden Gleitschuh, von welchen das Oberteil einen Ringträger und einen mit dem Boden des Kolbenoberteils verbundenen, rotationssymmetrischen und kegelstumpfförmigen Stützring aufweist, der in seiner Verlängerung von dessen Abschluß am Boden des Kolbenoberteils aus in einen gabelförmig ausgeführten, von zwei Schenkeln gebildeten Fuß des Kolbenoberteils ausläuft, sowie die Schenkel dieses gabelförmigen Fußes symmetrisch zu einer durch die Mitte des Kolbens führenden Längsmittelebene mit Lageraugen für einen das Kolb£?oberteil mit dem Gleitschuh gelenkig verbindenden Gelenkbolzen ausgestattet sind, darüber hinaus der mittlere Durchmesser des Stützringes am Boden des Kolbenoberteils sich zum mittleren Durchmesser des Stützringes am Fuß des Kolbenoberteils verhält wie gleich bis annähernd gleich 2:1, wobei der mittlere Durchmesser des Stützringes am Boden im Bereich des Schwerkreises der projizierten Kolbenbodenfläche liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen aller Querschnitte des Stützringes (7) in allen Ebenen senkrecht zur Kolbenlängsachse (V?gleich groß sind.