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Die Erfindung betrifft einen Kolben für Brennkraftmaschinen, Kompressoren oder andere Kraft- oder Arbeitsmaschinen, mit zumindest einer Dekompressionskammer zwischen einem Boden einer ringförmigen Nut und einer Innenmantelfläche eines Kolbenringes, in welcher sich ein beweglicher
Teil befindet, wobei zumindest der obere Kolbenabschnitt an seiner Mantelaussenfläche in axialer
Richtung abwechselnd Vorsprünge und Vertiefungen mit einem anfänglichen radialen Aussendurch- messer der Vorsprünge aufweist, die vor dem Einschleifen ein diametrales Spiel zwischen dem
Durchmesser des Kolbens an dieser Stelle und der Innenwand des Zylinders im kalten Zustand haben, welches etwa die Hälfte des üblichen Spiels beträgt, so dass im Verlauf des Einschleifens die Vorsprünge gegen die Innenwand des Zylinders gepresst werden,
während die Vertiefungen zur Kompensation der Ausdehnung bei Betriebswärme und dem Halten des Schmiermittelfilms vorge- sehen sind.
Die bekannten Kolben haben zumindest eine Mantelfläche oder einen äusseren Umfang als oberen Teil einer Ringfläche, die glatt oder mehr oder weniger tief radial zurückversetzt ist, um einen Ölrückstau zu ermöglichen, der das Gleiten erleichtert. Diese Kolben haben ferner einen
Kolbenring, der in einer ringförmigen Nut des oberen Ringteils liegt.
Diese bekannten Kolben haben verschiedene Nachteile, die letztlich zu einer verminderten
Lebensdauer und einer minderen Motorleistung führen. Dies ist zumeist eine Folge davon, dass sich diese Kolben wegen eines zu grossen Spiels im Betrieb nicht in ihrer richtigen Lage befinden.
Das Spiel liegt hiebei zwischen dem Ringteil und der Zylinderbohrung. Ein zu grosses Spiel hat zur Folge, dass im Betrieb unkontrollierte Schwingungen auftreten. Die Reibung des Kolbens hängt von dem oberen Kolbenring ab, welcher an seiner Innenseite einem sehr hohen Druck ausgesetzt ist, der durch Schmier- und/oder Brennstoffe verursacht wird, die sich in einer Kammer befinden, welche zwischen der Innenseite des Ringes und dem Boden der aufnehmenden Nut liegt. In dem- selben Mass wie sich die Betriebsdauer eines Motors erhöht, bilden sich auf der Innenseite des
Kolbenringes und auf dem Boden der aufnehmenden Nut Schadstoffablagerungen.
Diese teilweise steinartigen Ablagerungen können insbesondere im Verlauf stärkerer Kolbenausdehnungen Verklemmungen zwischen zumindest diesen Wänden bewirken, was zu Betriebsverschlechterungen im Bereich der Kolbenringe führt und folglich einen Leistungsabfall des Motors und eine Herabsetzung der Lebensdauer des betreffenden Kolbens nach sich zieht.
In der DE-PS Nr. 551052 ist ein Kolben für Brennkraftmaschinen und andere Kolbenmaschinen vorgeschlagen, der Segmente aufweist, wobei eine Dekompressionskammer mit einem beweglichen Stück vorgesehen ist, um Schadstoffablagerungen zu vermeiden. In der DE-PS Nr. 551052 wird ausgeführt, dass die Segmente in radialer Richtung solche Abmessungen aufweisen, dass sie einen ringförmigen Raum praktisch ausfüllen. In andern Worten ausgedrückt, besteht praktisch keine Möglichkeit der seitlichen Verschiebung der Segmente, und unter diesen Bedingungen ist es zweifelhaft, ob diese Segmente sich auf Grund der Reibung alternativ in Längsrichtung verschieben können, um Ablagerungen von Verbrennungsrückständen zu verhindern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen und einen nach einem besonders einfachen Konzept entwickelten Kolben zu schaffen, der eine lange Lebensdauer hat und eine bessere Leistung des Motors gewährleistet.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäss bei einem Kolben der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass als beweglicher Teil ein geschlitzter Ring mit kleinem Querschnitt (0, 3 bis 0, 5 mm) vorgesehen ist, der in seinen Abmessungen etwa einem Viertel des axialen Spiels in dem Raum zwischen dem Kolbenring und Nutboden entspricht und zur Verhinderung von Schadstoffablagerungen radial frei beweglich gelagert ist.
Dieser bewegliche Teil kann sich also frei sowohl in Längs- als auch in Querrichtung bewegen und daher auf kontinuierliche Weise alle Ablagerungen an Verbrennungsrückständen zerkleinern, die sich auf dem Nutboden und an der Innenfläche des Kolbenringes bilden. Ausserdem beeinträchtigt der bewegliche Teil nicht die eigentliche Funktion des Kolbenringes.
Die Vorteile der Erfindung liegen im wesentlichen in der Konzentrierung von schmierender Motorflüssigkeit in dem Bereich des geringsten Spiels auf der Höhe der Kolbenringe. Die Ablagerungen von Schadstoffen werden insbesondere hinter den Kolbenringen vermieden oder zumindest vermindert. Die Kolbenringe behalten ihre Beweglichkeit und werden nicht verkeilt. In der Summe wirken sich diese Vorteile durch eine deutlich verlängerte Lebensdauer der Kolben und durch
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eine verbesserte Leistung der mit den Kolben bestückten Maschinen aus.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der geschlitzte Ring eine Deformierung an irgendeiner Stelle des äusseren Umfanges aufweist, normalerweise an einer der Randzonen in
Form einer Abbiegung, die sich radial nach innen in eine Ausnehmung erstreckt, die sich im
Kolben zum Verhindern von Verschiebungen in Umfangsrichtung des Ringes befindet.
Weiters ist es zweckmässig, dass zumindest eine weitere Dekompressionskammer im oberen Ring- teil des Kolbens vorhanden ist, in der sich ein beweglicher, geschlitzter Ring befindet. Dieser
Ring kann die Aufgabe eines Abstreifringes erfüllen.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiels. Es zeigen : Fig. 1 einen teilweisen Längs- schnitt eines erfindungsgemässen Kolbens, der in einem Zylinder eine hin- und hergehende Be- wegung ausführt, Fig. 2 einen teilweisen Querschnitt, in kleinem Massstab, entlang der Linie II-II in Fig. 1 und Fig. 3 einen teilweisen Radialschnitt in grösserem Massstab entlang der Linie III-III in Fig. 2.
In den Fig. 1 bis 3 wird jeweils in Teilen ein neuer Kolben nach einer langen Ein- schleifzeit und auf eine mittlere Betriebstemperatur gebracht, dargestellt. Dieser Kolben --1-- befindet sich in der eingezeichneten Lage in seiner Bewegung nach oben, d. h. vor einer Ex- plosion in einer oberen Verbrennungskammer, mit andern Worten in einer Kompressionsphase für das Treibstoffgemisch. Von diesem Kolben --1-- ist ein Teil seines Oberstücks als oberer Ringteil --3-- dargestellt. Die Hin- und Herbewegung findet im Innern eines Zylinders --2--, von dem nur ein Bruchstück dargestellt ist, statt. Unter dem ersten oberen Ringteil --3-- ist teilweise ein erster Kolbenring --4-- des Kolbens --1-- veranschaulicht, welcher sich in einer ringförmigen Nut --5-- befindet.
Der Kolben --1-- hat auf seiner Mantelaussenfläche abwechselnd radiale Vorsprünge --6-- und Vertiefungen-7-. Die Vorsprünge --6-- können trapezförmigen Querschnitt haben und sind durch Nuten mit dreieckförmigem Querschnitt, welche die Vertiefung --7-- bilden, getrennt. In diesen Nuten sammeln sich Russ- und andere Ablagerungen (die in den Zeichnungen durch Punkte angedeutet sind). Die Vorsprünge --6-- und Vertiefungen --7-- können entweder ein regelrechtes Aussengewinde oder Kreisabschnitte bilden. In jedem Fall befinden sich die Vorsprünge und Vertiefungen in dem bestimmten Ringteil --3-- des Kolbens --1--.
Während bei herkömmlichen Kolben diese Ringteile --3-- solche Abmessungen haben, dass sie nie mit der Wand des Zylinders --2-- in Berührung kommen, wird demgegenüber nach der Erfindung der Kolben so ausgewählt, dass die äussere Seite dieses ersten Ringteils --3-- vor dem Einschleifen einen kalten Anfangsdurchmesser hat, bei dem das diametrale Spiel zwischen Kolben - und Zylinder --2-- an dieser Stelle des Ringteils --3-- in feststellbarer Weise gleich der Hälfte desjenigen Spiels ist, das normalerweise in entsprechenden Fällen bei einem herkömmlichen Kolben vorgesehen ist.
Die äussere Seite des Ringteils --3--, der in Fig. 1 dargestellt ist, ist diejenige, die selbst auf diese Weise bearbeitet worden ist, insbesondere wurden hiebei die Zahnspitzen zurückgedrängt, welche die vorspringenden Teile --6-- bilden. Ferner wird hauptsächlich um diesen ersten Ringteil --3-- Schmier- und Brennstoff unter Druck gegen die Innenwand des Zylinders --2-- herumgeleitet und nach mehrfacher Ausdehnung, sowie während der Einschleifphase, was zur Folge hat, dass das Spiel zwischen den Spitzen der vorspringenden Zähne --6-- und der Innenwand des Zylinders --2-- bei mittlerer Betriebstemperatur ungefähr nur ein Drittel des normalen Spiels zwischen dem Zylinder und einer oberen Kolbenwand herkömmlicher Kolben ausmacht.
Verwendet man beispielsweise einen Wechselkolben mit 75 mm Durchmesser in einem Viertaktmotor, dann hat ein erster selbstangepasster Ringteil --3-- eines erfindungsgemässen Kolbens --1-- einen Durchmesser, der im Durchschnitt um 0, 2 mm grösser als der eines herkömmlichen Kolbens ist. Das diametrale Spiel dieses Ringteils --3-- beträgt am kalten Ende 0, 3 mm und 0 mm in den maximalen Abschnitten der Ausdehnung des Ringteils --3--.
Der Kolben --1-- hat oberhalb seines ersten Kolbenringes --4-- zwischen der äusseren Seite und der Innenwand des Zylinders --2-- einen Durchlass, dessen geringe maximale Ausdehnung im Verlauf des Einschleifens mehr oder weniger schnell erreicht wird. Die Funktion des Kanals
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steht im Zusammenhang mit der Nachgiebigkeit der vorspringenden Teile --6-- und ferner ist die Schnelligkeit, mit der eingeschliffen wird, von Bedeutung.
Der Kolben --1-- hat zwischen dem Boden der ringförmigen Nut --5-- und der Innenseite - -4a-- des Kolbenringes --4-- eine Dekompressionskammer --8--. In dieser Dekompressionskammer - befindet sich ein beweglicher Teil --9--, der aus einem geschlitzten Ring mit kleinem Kreis- querschnitt besteht. Der Durchmesser liegt zwischen 0, 3 und 0, 5 mm.
Der bewegliche Teil --9-- hat die Aufgabe, das Volumen der Dekompressionskammer --8-konstant zu halten, indem er der Ablagerung von Schadstoffen, z. B. Russ, entgegenwirkt. Hiefür verschiebt sich dieser bewegliche Teil --9-- im Verlauf der Hin- und Herbewegung des Kolbens - abwechselnd zwischen der oberen und unteren Seite am Boden der Nut --5-- und zugleich findet ein leichtes Verschieben in radialer Richtung statt.
Das Vorhandensein des beweglichen Teils --9-- in der Dekompressionskammer --8-- verhindert das Bilden von Ablagerungen am hinteren Ende des Kolbenringes --4--. Tatsächlich neigen in einem herkömmlichen Kolben diese Schadstoffe und ihre Ablagerungen in der Dekompressionskammer dazu, teilweise oder vorübergehend eine ausgewogene Bewegung des Kolbens zu beeinträchtigen. Im Falle des erfindungsgemässen Kolbens --1-- und auf Grund der Tatsache, dass sich die äussere Seite des oberen Ringteils --3-- selbstangepasst an der Innenwand des Zylinders --2-befindet, ist die unkontrollierte Gleichgewichtsbewegung nahezu Null. Wenn der bewegliche Teil - nicht vorhanden ist, wird eine langsame, aber stetige Bildung einer beträchtlichen Ablagerung in der Dekompressionskammer --8-- festgestellt.
Diese Ablagerungen führen ihrerseits zu einer Verkeilung des Kolbenringes --4--, u. zw. im Falle einer starken Kolbenausdehnung zwischen seinen Stützseiten im oberen Bereich. Mit dem beweglichen Teil --9-- lässt sich also diese Gefahr vermeiden. Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform des Teils --9-- kann dieser an einer seiner Randzonen einen äusseren Arm oder eine Abbiegung --9a-- aufweisen, die nach innen abgebogen wird. Diese Abbiegung --9a-- wird in einem radialen Einschnitt --10-- im Kolben gehalten.
Auf diese Weise wird eine ungewollte Bewegung in Umfangsrichtung verhindert.
Zusätzlich kann der Kolben --1-- auf der Aussenseite des ersten Ringteils --3-- oberhalb des Kolbenringes --4-- eine weitere obere Dekompressionskammer --11-- haben, in welche ein geschlitzter Ring --12-- eingelegt ist, der dort infolge der Kolbenbewegung auf-und'abgleitet.
Die obere Dekompressionskammer --11-- besteht aus einer transversalen ringförmigen Ausnehmung, in welcher der geschlitzte Ring --12-- sitzt, der mit einem oberen Kolbenring oder einem Abstreifring mit Feder vergleichbar ist.
Die obere Dekompressionskammer --11--, die in Fliessrichtung der Schmier- und/oder Brenn-
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grenzen. Was dorthin gelangt, kann durch den Ring --12-- daran gehindert werden, in der oberen Dekompressionskammer --11-- Rückstände zu bilden. Vorteilhaft ist hiebei, dass die freie und mit der hier beschriebenen Technik frei gehaltene Dekompressionskammer --11-- ein Regulativ gegenüber den häufig wechselnden Lastspielen eines Motors ist. Die Funktion ist auch bei niedrigen Temperaturen gewährleistet.
Die selbstanpassungsfähige Aussenseite des Ringteils --3-- liefert, wenn sie erst einmal in einen Motor eingepasst ist, sehr schnell exakte Daten und Masse, die sich leicht mit Hilfe moderner Kopier-Drehmaschinen auf andere Kolben, beispielsweise desselben Motors, übertragen lassen.
Es kann somit der selbstangepasste obere Abschnitt --3-- durch Bearbeiten auf einer Kopiermaschine von einem andern Kolben mit selbstangepasstem, oberem Abschnitt, der nach wirksamer Einschleifung entsteht, hergestellt werden.
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