Kolben, insbesondere für Brennkraftmaschinen. Die Erfindung betrifft einen Kolben,,der durch ein. Kühlmittel .gekühlt wird und bei dem die Kolbenringe in einiger Entfernung vom Kolbenboden angeordnet sind, insbeson dere für Brennkraftmaschinen, und bezweckt, einerseits den Wärmeabfluss über die dem Kolbenboden. zunächstliegenden Kolbenringe einzudämmen, um eine wesentliche Herab setzung der mittleren Temperatur :
dieser Ringe zu erzielen und,die S chmierung dieser Ringe zu verbessern, anderseits :die infolge der Wärmedehnungen und Wärmespannun gen auftretende,,die Abdichtung :der Kolben ringe beeinträchtigende Verformung der Nuten dieser Ringe zu vermindern.
Für einen einwandfreien rauf der Kol benringe im Zylinder ist es notwendig, dass die Lauffläche der Ringe immer .genau parallel zur Zylinderachse steht, auch wenn der Kolben im Betrieb hoch erhitzt ist. Bei hochbelasteten Maschinen ist es besonders bei hoher Kolbengeschwindigkeit noch wichtig, da:ss die Temperatur der Kolbenringe mög lichst niedrig gehalten wird.
Bei bekannten Kolben von Brennkraftmaschinen sind aus Festigkeitsgründen zwischen dem Kolben boden und dem zylindrisohen Mantel des Kolbens dicke Übergänge mit grossem Ab- rundun;gsradius vorgesehen. Dies hat den Nachteil, :dass eine sehr grosse Wärmemenge über die .dem Kolbenboden zunächstliegenden Kolbenringe abfliesst, so dass die Temperatur ,dieser Ringe sehr hoch ist.
Ausserdem ergibt sich eine beträchtliche Verformung der Seitenwand der Nuten für die dem Kolben boden zunächstliegenden Kolbenringe, sowie bei unterteilten Kolben eine Verformung des Befestigungsflansches des innern Kolbenteils.
Nun ist zwar schon vorgeschlagen wor den, den Abfluss der vom Kolbenboden auf genommenen Wärme durch eine besondere Küblmittelführung längs des Kolbenbodens mittels zum Beispiel in Spiralen am Kolben boden angeordneter, das Kühlmittel führen der Rippen zu verbessern. Jedoch ist der Einfluss dieser Massnahme auf -die Verminde rung der über die Kolbenringe abfliessenden Wärraemen,ge gering. Die Erfindung vermeidet die genannten Nachteile dadurch.
da.ss der Kolbenmantel zwischen dem Kolbenboden und dem ihm zu nächstliegenden Kolbenring eine den Wä rme- durchfluss hemmende Ausbildung, z.
B. eine Einschnürung, aufweist, während in dem vom Kolbenboden begrenzten Kühlraum dein Wärmefluss dienende Ausgleichsrippen, die an ihrer in den Kühlraum hineinragenden Kante einen Wulst aufweisen, angeordnet sind, damit trotz der den Wärmedurchfluss hemmenden Ausbildung des Kolbenmantels der Abfluss der in den Kolbenboden über gehenden Wärmemenge nicht erschwert ist.
Auf der Zeichnung ist als Ausführungs beispiel der Erfindung ein Kolben für eine vertikale Maschine schematisch dargestellt.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen einfachwirkenden Kolben einer Brenn kraftmasehine Fig. ? zeigt einen Querschnitt 11-II durch den Kühlraum des Kolbens.
Der Kolben. besitzt einen Kopfteil 1. mit. dem Kolbenboden 2, dem Mantelteil 3. in welchen Nuten für die Kolbenringe 4 ein gearbeitet sind, und dem Befestigung s- flansch 5 zur Verbindung des Kopfteils 1 mit dem Mantelteil 6. Der Deckel 7 schliesst den Kühlraum 8 im Kopfteil 1 auf der dem Kolbenboden entgegengesetzten .Seile ab. Das Ki9hlmittel wird durch die Posaune 9 zu- geführt, während die Posaune 10 zum Ab leiten des Kühlmittels dient.
Der Flansch 11. des 31antelteils 6 ist gleichzeitig mit dür Kolbenstange 12 durch die Bolzen 13 am Flansch 5 befestigt.
Da die Kolbenringe 4 in einiger Ent fernung vom Kolbenboden 2 angeordnet sind, ist es möglich, dass der Kolbenmantelteil 3 zwischen dem Kolbenboden ? und dem ihm zunäch:stliegenden Kolbenring 4 eine den Wärmedurchfluss hemmende Einsehnürung 14 aufweist.
Ausserdem sind in dem Kühl raum 8 mehrere dem Wärmeabfluss dienende Ausgleichsrippen 15 angeordnet, damit trotz der Einsehnii.rung 14 der Abfluss der vom Verbrennungsraum auf den Kolbenboden 2 übergehenden Wärinenietige nicht erschwert ist.
Die Ausgleichsrippen 15 weisen an ihrer in den Kühlraum 8 hineinragenden Kante einen Wulst 16 auf, der möglichst weit ent fernt von dem die Kolbenringe 4 enthalten den Teil 3 des Kolbenmantels eine grössere Wärmemenge vom Kolbenboden ? ableitet.
Die vom Kolbenboden aufgenommene Wärme findet einen vorzüglichen Leiter in dem Kolbenmantel, so dass vor allem bei den his jetzt: üblichen Kolben mit einem dureli die Festigkeit bedingten, mit grosser Abrun- d.iing ausgeführten Übergang vom Kolben boden in den Kolbenmantel eine sehr grosse Wärmemenge nicht durch das den Kolben boden bespülende Kühlmittel abgeleitet wird,
sondern über den Mantel und die Kolben ringe zur Zylinderwand und von dort in das Kühlwasser im Zylinderkühlraum über geht. Es ist begreiflich, dass die Kolbenring < ;
dabei hohe Temperaturen annehmen, die die Wirkung des Schmiermittels für die Kolben- rince beeinträehti,gen. Die Einschnürung 14 verringert nun die Wanddicke der 'Seiten- wand 3 von d,, auf d1 (Fig. 1).
Infolgedessen ':-erringen sich auch die vom Kolbenboden über den Kolbenmantelteil 3 sekundlich. ab fliessende Wärmemenge, da der ringförmige Querschnitt an der Stelle des engsten Teils der Einsehnürung 14 nur eine kleine Fläche bildet.
Die Aiagleiclisrippen 15 sind allseits vom Kühlmittel umspult. Die vom Kühlmittel be- spülte Fläche im Kühlraum vom Kolbenboden bis etwa zur Höhe des obersten Kolbenringes 4 ist infolge der Ai.sgleichsrippen wesentlich grösser als die Fläche der Kühlraummandung allein.
Der grössere Teil der Wärme geht nun vom Kolbenboden 2 in die Rippen 15 und von dort in das Durch die Einschnürung wird der oberste Kolbenring 4 auch besser gekühlt, da das Kühlmittel nun auch oben näher an ihn herankommt.
Ins besondere ist: in dem Wulst 16 ein wärme leitender Materialquerschnitt vorhanden, der eine, grössere Wärmemenge zum Kolbenkühl wasser ableiten kann und dabei von den Kolbenringen 4 und dem Kolbenmantelteil 8 weit entfernt ist, Das Mass -der Einschnürung 14 ist in geringem Masse durch Festigkeitsgründe be schränkt, weil ja die Rippen 15 den Verbren nungsdruck vom Kolbenboden 2 unmittelbar auf den Befestigungsflansch 5 ableiten. Auch bilden die Rippen 15 eine Verstärkung der Ecke zwischen ,dem Kolbenboden 2 und dem Kolbenmantelteil 3.
Diese Ecke behält auch im Betrieb ihr gezeichnetes Profil bei, so,dass ein Zusammendrücken insbesondere der ober sten Kolbenringnut an ihrem äussern Rande und damit ein Festklemmender betreffenden Kolbenringe 4 vermieden ist. Trotzdem die Rippen 15 die Deformation der betreffenden Ecke vollständig unterbinden, treten an ,dieser Ecke infolge der grossen Anzahl Rippen und der dadurch bedingten inten siven Kühlung nur verhältnismässig geringe Wärmespannungen auf.
An Stelle der Einschnürung 14 könnte im Kolbenmantelteil 3 auch eine mit einem wärmeisolierenden Stoff ausgefüllte Nute vorgesehen sein. Diese Nute kann auf der innern oder auf der äussern Seite des Kolben- mantelteils 3 angeordnet sein. Bei ungeteil ten Kolben würden sich die Ausgleichs rippen vom Kolbenboden bis zum Befesti gungsflansch für den dem Kolbenboden gegenüberliegenden Abs-chluss,deckel des Kühl raumes 8 erstrecken.
Die Erfindung kann auch bei doppeltwirkenden Kolben angewen det werden. Die Gesamtkühlfläche der Aus gleichsrippen kann mindestens gleich der Kühlfläche des Kolbenbodens und der an- schliessenden Seitenwand bis zur Höhe des obersten Kolbenringes sein.
Pistons, in particular for internal combustion engines. The invention relates to a piston, by a. Coolant .gekühlt and in which the piston rings are arranged at some distance from the piston crown, in particular for internal combustion engines, and aims on the one hand, the heat dissipation over the piston crown. to contain the piston rings lying next to them in order to significantly reduce the mean temperature:
to achieve these rings and to improve the lubrication of these rings, on the other hand: to reduce the deformation of the grooves of these rings that occurs as a result of thermal expansion and thermal stresses, which affects the sealing of the piston rings.
For the piston rings in the cylinder to run properly, the running surface of the rings must always be exactly parallel to the cylinder axis, even if the piston is very hot during operation. In the case of highly loaded machines, especially at high piston speeds, it is important that the temperature of the piston rings is kept as low as possible.
In known pistons of internal combustion engines, thick transitions with a large rounding radius are provided between the piston base and the cylindrical jacket of the piston for reasons of strength. This has the disadvantage that: that a very large amount of heat flows away via the piston rings located next to the piston crown, so that the temperature of these rings is very high.
In addition, there is a considerable deformation of the side wall of the grooves for the piston rings lying next to the piston bottom, as well as a deformation of the fastening flange of the inner piston part in the case of divided pistons.
Now it has already been proposed to improve the outflow of the heat absorbed by the piston head through a special Küblmittelführung along the piston head by means of, for example, spirals on the piston bottom, the coolant guide the ribs to improve. However, the influence of this measure on the reduction of the heat generated by the piston rings is low. The invention thereby avoids the disadvantages mentioned.
da.ss the piston skirt between the piston crown and the piston ring closest to it has a heat flow-inhibiting design, e.g.
B. a constriction, while in the cooling space limited by the piston head your heat flow serving compensating ribs, which have a bead on their edge protruding into the cooling space, are arranged so that despite the heat flow inhibiting design of the piston skirt the outflow into the piston head going amount of heat is not difficult.
In the drawing, a piston for a vertical machine is shown schematically as an embodiment of the invention.
Fig. 1 shows a longitudinal section through a single-acting piston of an internal combustion engine Fig. shows a cross section 11-II through the cooling space of the piston.
The piston. has a head part 1. with. the piston head 2, the shell part 3. in which grooves for the piston rings 4 are machined, and the fastening s-flange 5 for connecting the head part 1 with the shell part 6. The cover 7 closes the cooling space 8 in the head part 1 on the piston head opposite ropes. The coolant is supplied through the trumpet 9, while the trumpet 10 is used to discharge the coolant.
The flange 11 of the shell part 6 is fastened to the flange 5 at the same time as the piston rod 12 by the bolts 13.
Since the piston rings 4 are arranged some Ent distance from the piston head 2, is it possible that the piston skirt part 3 between the piston head? and the piston ring 4 lying next to it has a recess 14 which inhibits the flow of heat.
In addition, a plurality of compensating ribs 15 serving for heat dissipation are arranged in the cooling chamber 8, so that, despite the recess 14, the outflow of the heat nails passing from the combustion chamber to the piston head 2 is not made difficult.
The compensating ribs 15 have on their edge protruding into the cooling chamber 8 on a bead 16 which is as far away as possible from which the piston rings 4 contain the part 3 of the piston skirt a larger amount of heat from the piston crown? derives.
The heat absorbed by the piston crown finds an excellent conductor in the piston skirt, so that especially in the conventional pistons with a long, rounded transition from the piston crown to the piston skirt, a very large amount of heat is not discharged through the coolant flushing the piston base,
but rings over the jacket and the piston to the cylinder wall and from there into the cooling water in the cylinder cooling chamber. It is understandable that the piston ring <;
in doing so, assume high temperatures which impair the effect of the lubricant on the piston rince. The constriction 14 now reduces the wall thickness of the side wall 3 from d 1 to d 1 (FIG. 1).
As a result, those from the piston crown via the piston skirt part 3 also wrestle secondarily. from the flowing amount of heat, since the annular cross-section at the point of the narrowest part of the recess 14 only forms a small area.
The Aiagleiclisrippen 15 are wound on all sides by the coolant. The area flushed by the coolant in the cooling chamber from the piston crown to approximately the level of the uppermost piston ring 4 is, as a result of the equal ribs, significantly larger than the area of the cooling chamber wall alone.
The greater part of the heat now goes from the piston crown 2 into the ribs 15 and from there into the. The constriction also cools the top piston ring 4 better because the coolant now comes closer to it at the top.
In particular, there is a thermally conductive material cross-section in the bead 16, which can dissipate a larger amount of heat to the piston cooling water and is far removed from the piston rings 4 and the piston skirt part 8, the extent of the constriction 14 is to a small extent due to strength reasons be limited because the ribs 15 derive the combustion pressure from the piston head 2 directly on the mounting flange 5. The ribs 15 also form a reinforcement of the corner between the piston crown 2 and the piston skirt part 3.
This corner retains its drawn profile even during operation, so that compression in particular of the uppermost piston ring groove at its outer edge and thus jamming of the piston rings 4 concerned is avoided. Despite the fact that the ribs 15 completely prevent the deformation of the corner in question, only relatively low thermal stresses occur in this corner due to the large number of ribs and the resulting intensive cooling.
Instead of the constriction 14, a groove filled with a heat-insulating material could also be provided in the piston skirt part 3. This groove can be arranged on the inside or on the outside of the piston jacket part 3. In the case of undivided pistons, the compensation ribs would extend from the piston crown to the fastening flange for the end cap of the cooling chamber 8 opposite the piston crown.
The invention can also be used with double-acting pistons. The total cooling surface of the equalizing ribs can be at least equal to the cooling surface of the piston crown and the adjoining side wall up to the level of the top piston ring.