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Einrichtung zur Schmierung von Lagerflächen mit periodisch veränderlicher Belastung hin-und hergehender Teile, insbesondere von Kolben liegender Brennkraftmaschinen
Bei hin-und hergehenden Maschinenteilen, bei denen eine Gleitfläche vorübergehend bei der Bewegung in einer Richtung entlastet ist, wurden gerade an dieser Fläche Abnützungserscheinungen beobachtet, die nur daraus zu erklären sind, dass sich trotz der vorübergehenden Entlastung ein tragfähiger Schmierfilm nicht ausbildet. Diese überraschende Wirkung wurde z. B. bei liegend angeordneten Zylindern von Verbrennungsmotoren beobachtet, wobei die Kolben an der im eingebauten Zustand oberen Seite ihres Schaftes auf trockene Reibung zurückgehende Reibspuren zeigten.
Zur Verbesserung der Schmierung der Gleitflächen des Kolbenschaftes wurde bisher bereits die Anordnung von Schmiertaschen in diesen Gleitflächen vorgeschlagen. Nach einem dieser Vorschläge befindet sich zwischen dem offenen Ende des Kolbenschaftes und dem unterstenKolbenring beiderseits des Kolbenbolzens je eine etwa trapezförmige Vertiefung, deren Grundfläche gegen die Kolbengleitfläche keilförmig verläuft, deren zueinander parallele Ränder je in einer senkrecht zur Kolbenachse liegenden Ebene verlaufen und deren Breite in Richtung zum Kolbenboden abnimmt.
Der dem offenen Ende des Kolbenschaftes zu liegende Rand jeder-Tasche ist als Abstreifkante mit hinterschnittenem Querschnittsprofil ausgebildet, während die dem Kolbenboden benachbarte Begrenzung der Taschen als schulterförmige Verteilkante wirkt, durch die das in den Taschen gesammelte Schmieröl beim Abwärtsgehen des Kolbens aus den Taschen über einen möglichst breiten Teil der Gleitflächen des Kolbenschaftes verteilt werden soll. Die Ausbildung der oberen Begrenzungskante ergibt eine einschnürende Wirkung auf das Schmiermittel und behindert damit die durch die Anordnung der Taschen eigentlich beabsichtigte Versorgung der betreffenden Gleitflächen mit Schmiermittel.
Die Verwendung einer Abstreifkante zur Sammlung von Schmiermitteln bei der Bewegung des Kolbens gegen den oberen Totpunkt ist auch bereits bei einer etwa in der Höhe des Kolbenbolzens den Kolbenschaft umschliessenden Umfangsschmiernut vorgesehen worden. Hier soll das in der Nut gesammelte Schmiermittel zufolge seiner Trägheit in der oberen Hälfte des Kolbenweges aus der Nut auf die Gleitfläche der Zylinderbüchse geschleudert werden. Die Grundfläche der Sammelnut, die von der an der Abstreifkante anschliessenden Speicherrille aus unter einem flachen Winkel gegen die Gleitfläche des Kolbenschaftes verläuft, reicht in diesem Fall bis unmittelbar in die Gleitfläche des Kolbenschaftes.
Nach der Erfindung sind nun ebenfalls taschenförmige, also nur über einen Teil der Breite der Gleitfläche reichende Vertiefungen zur Sammlung des Schmiermittels mit Hilfe einer scharfen Abstreifkante vorgesehen. doch unterscheiden sich diese von den erwähnten bekannten Ausbildungsformen grundsätz- lich durch die Art der Abgabe des Schmiermittels an die Gleitfläche, die nunmehr weder durch Verdrängung des Schmiermittels aus den Vertiefungen noch durch Massenkräfte erfolgt, sondern in einer Absaugung des Schmiermittels besteht.
Hiezu geht die Grundfläche der taschenförmigen Vertiefungen, deren Querschnitt in der Bewegungsrichtung flach keilförmig zuläuft, wie bei der oben beschriebenen Ausbildung einer Umfangsschmiernut unmittelbar in die Gleitfläche des Maschinenteiles über, wobei jedoch nach der Erfindung diese Grundfläche eben oder derart gekrümmt ausgebildet ist, dass der Abstand der von
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der Mitte der Gleitfläche liegenden Grösstwert nach beiden Seiten hin stetig abnimmt. Dieser Verlauf der Verschneidungskante ergibt die optimale Verteilung des Schmiermittelinhaltes der taschenförmigen Ver-
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tiefungen über die Gleitfläche, wenn bei der Bewegung des Teiles, bei der die Abstreifkante vorne liegt, das Schmiermittel zufolge seiner Viskosität aus den flach in die Gleitfläche auslaufenden Taschen her- ausgesaugt wird.
Bei dieser Ausbildung der Vertiefungen wird praktisch keine tragende Kolbenfläche ein- gebüsst, weil die Fläche der taschenförmigen Vertiefungen wegen deren flachem Auslauf noch zum gröss- ten Teil tragfähig ist ; im Vergleich zu den älteren Vorschlägen, wie der bereits erwähnten trapezförmi- gen Ausbildung von Schmiertaschen eines Kolbens, ist die Fläche der Vertiefungen nach der Erfindung ebenfalls wesentlich kleiner.
Da die Erstreckung der Vertiefungen quer zur Bewegungsrichtung begrenzt ist, ist die Vergrösserung ihrer Kapazität an Schmiermittel in erster Linie nur durch eine Verlängerung der Abstreifkante über die Vertiefung hinaus möglich, was nach einem weiteren Merkmal der Erfindung durch Ausbildung der Ab- streifkante ausserhalb der Vertiefung mittels einer quer zur Bewegungsrichtung liegenden Nut erfolgt, die an der tiefsten Stelle der taschenförmigen Vertiefung in diese mündet. Durch diese Nut, die sich über den gesamten Kolbenumfang erstrecken kann, wird das längs des Umfanges des Kolbenschaftes abgestreifte
Schmiermittel unmittelbar in die Vertiefungen eingespeist.
Durch diese Wirkung unterscheidet sich eine solche Nut auch von jenen bekannten Vorschlägen, nach welchen durch Umfangsrillen, die im übrigen nahe den Enden des Kolbenschaftes angeordnet sind, das durch die Pumpwirkung der Dichtringe jeweils gegen eines der Kolbenenden bewegte Schmiermittel abgefangen und bei der Bewegungsumkehr auf die Gleitfläche aufgebracht werden soll.
Insbesondere für Kolben liegender Brennkraftmaschinen ist die weitere Ausgestaltung der Erfindung von Bedeutung, nach der die Abstreifkante der in dem oben liegenden Teil des Kolbenschaftes befindlichen taschenförmigen Vertiefung, deren Tiefe gegen das offene Schaftende des Kolbens hin abnimmt, durch den untersten Kolbendichtungsring gebildet wird. In diesem Falle wirkt der zwischen dem Kolbenschaft und der Zylindergleitfläche unter dem untersten Kolbenring befindliche Spielraum ähnlich einer über den Kolbenumfang reichenden Nut.
Die Heranziehung des untersten Kolbenringes zur Versorgung von Öltaschen des Kolbens, aus welchen jedoch die Abgabe des Schmiermittels durch die Trägheitswirkung des Inhaltes der Taschen erfolgen soll, ist im Zusammenhang mit einer nach einer Wellenlinie um den Kolben verlaufenden Ölfangrinne vorgeschlagen worden, deren Wellenberge den untersten als Abstreifring ausgebildeten Kolbenring tangieren können. Die Vorteile des betrachteten Merkmales der Erfindung liegen gegenüber diesem Vorschlag in der Vermeidung einer gesonderten Ölfangrinne, durch die der Kolbenschaft eine weitere umlaufende Einschnürung erfährt, die besondere Bearbeitungsmassnahmen erfordert.
In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles dargestellt. Fig. 1 zeigt die Ansicht eines Kolbens für eine Verbrennungskraftmaschine, Fig. 2 eine Draufsicht und Fig. 3 in grösserem Massstab den oberen Teil des Kolbens in Ansicht in Richtung der Kolbenbolzenachse.
Der Schaft des Kolbens weist an zwei senkrecht zur Achse des Kolbenbolzens 5 diametral gegenüberliegenden Stellen taschenförmige Vertiefungen la und 1b auf, die mit quer zur Kolbenlängsachse verlaufenden Nuten 3 bzw. 2 in Verbindung stehen. Die Sammlung des Schmierstoffes in der Nut 3 erfolgt während des Verdichtungshubes - bei Viertaktverfahren auch während des Ausschiebens - durch die Kante 3a der Nut 3, wogegen in der Vertiefung 1b bei der Bewegung des Kolbens gegen den unteren Totpunkt eine Schmierstoffmenge aufgespeichert wird.
Bei der nun folgenden umgekehrten Bewegung wird durch den zwischen der Grundfläche 4a der Tasche la bzw. der Grundfläche 4D der Tasche 1b und der Zylinderwand bestehenden Keilspalt der gespeicherte Schmierstoff auf die Gleitfläche herausgesaugt. Die Neigung der Grundfläche der Tasche gegen die Zylinderwand beträgt im vorliegenden Beispiel etwa 2 30'. Bei der Sammlung des Schmierstoffes während des Expansionshubes (und Ansaughubes) in der Tasche 1b übernimmt der in der Nut 2 liegende Kolbenring - nicht dargestellt - die der Tasche 3a entsprechende Funktion. Der Kolben ist im liegenden Motor so anzuordnen, dass die Tasche 1b oben liegt.
Während der Entlastung des Kolbens beim Ausschieben wird sodann der Inhalt dieser Schmiertasche wirksam.
Der erfindungsgemässe Vorschlag zur Verbesserung der Schmierung ist selbstverständlich nicht auf Kolben von Verbrennungsmotoren beschränkt, sondern kann bei jedem hin-und hergehenden Maschinenteil, der ähnlichen Belastungsbedingungen unterworfen ist, angewendet werden.
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