Kolbenmaschine Die Erfindung betrifft eine Kolbenmaschine, deren Kolben durch ein Mittel gekühlt ist, das durch bewegliche Leitungen zu- und abgeführt wird.
Bei Kolbenmaschinen ergibt sich häufig die Not wendigkeit einer Kolbenkühlung mittels eines Kühl mediums, zum Beispiel Öl oder Wasser oder mittels eines Kältemittels, wie Freon. Um eine möglichst ge drängte und geringe Bauhöhe der Maschine zu er zielen, sind die Zuführungsleitungen für das Kühl medium in der Regel im Kurbelarm untergebracht. Für die Zuführung des Kühlmediums zum Kolben werden bewegliche Leitungen, und zwar häufig Teleskoprohre verwendet, die der hin und her gehen den Bewegung des Kolbens folgen können.
Die Ab dichtung der ineinandersteckenden Teleskoprohre kann im praktischen Betrieb jedoch nie derart dicht halten, dass nicht durch die Abdichtungen hindurch mehr oder weniger Kühlmedium als Leckmittel nach aussen gelangen kann. Die Verbindungsstellen der Teleskoprohre mit den Kühlmittelleitungen sind emp findlich und können infolge der Erschütterungen beim Lauf der Maschine leicht undicht werden. Das aus den Dichtungen der Teleskoprohre und sonstigen Leckstellen der Kühlleitungen von den bekannten Maschinen austretende Kühlmittel kann in den Kur belraum gelangen und sich dort mit dem Schmieröl vermischen.
Hierdurch wird die Schmierwirkung dieses Öls beeinträchtigt und neben andern sich hieraus ergebenden Schäden ist auch mit einer Korro sionswirkung durch das in den Kurbelraum eingedrun gene Kühlmedium zu rechnen.
Die Erfindung weist einen Weg, um diese Schwie rigkeiten zu vermeiden. Dies wird durch Verwendung einer mindestens teilweise im Kurbelgehäuse angeord neten, gegen dasselbe abgedichteten und zur Auf nahme mindestens eines Teils der Zu- bzw. Ab führungsleitungen für das Kühlmittel dienenden Kam- mer erreicht. Bei dieser Anordnung der Kammer, die keine offene Verbindung mit dem Kurbelraum hat, kann die für den Durchtritt der beweglichen Kühl- mittelleitung erforderliche Öffnung aus dem Kurbel raum herausführen und zum Beispiel ein mit dem Kolben verbundenes Teleskoprohr in einer diese Öff nung dichtenden Stopfbüchse geführt sein.
Die aus den etwaigen Leckstellen der Kühlmittelleitungen oder den Stopfbüchsen der Teleskoprohre austre tende Kühlflüssigkeit wird in der Kammer aufgefan gen und kann von dort, ohne mit dem Schmieröl in Berührung zu kommen, leicht nach aussen abgeführt werden. Hierbei wird noch der zusätzliche Vorteil erzielt, dass nämlich das Auftreten irgendwelcher Leckagen durch das aus der Maschine bei Anord nung geeigneter Abflusseinrichtungen sichtbar nach aussen tretende Kühlmittel sofort angezeigt wird.
In der Zeichnung ist als Beispiel einer Ausfüh rungsmöglichkeit der Erfindung ein Teilschnitt einer Brennkraftmaschine, nämlich eines Dieselmotors mit Kreuzkopf und Kolbenstange mit Stopfbüchse sche matisch dargestellt.
In der Figur ist der vom Zylindergehäuse 1 um schlossene Raum mit a, der vom Kurbelgehäuse 2 umschlossene Raum mit b und der zu kühlende Kol ben mit 3 bezeichnet. Die Räume a und b sind gas- und flüssigkeitsdicht voneinander getrennt. Im Raum b des Kurbelgehäuses ist die allseitig gegen diesen Raum abgeschlossene Kammer 4 unterge bracht. Diese Kammer besitzt eine nach aussen füh rende Öffnung 5, durch welche die Zuführungslei tung 6 und die Abführungsleitung 7 für das Kühl mittel in die Kammer eingeführt sind.
Die Öffnung 5 ist, wie aus der Figur ersichtlich, zweckmässiger weise mit einem Deckel 8 abgedeckt, durch den ausser den Kühlmittelleitungen auch die Abflusseinrichtung 9 der Kammer sowie andere hier nicht dargestellte Leitungen, die zum Beispiel für Messzwecke dienen können, hindurchgeführt sind. Die Kammer besitzt ferner noch in den Raum ca des Zylindergehäuses führende Öffnungen 10 und 10', durch welche die mit dem Kühlraum 11 des Kolbens 3 fest verbun denen, zu den Teleskopverbindungen gehörenden Rohre 12 und 12' in die Kammer eingeführt sind.
Diese Rohre sind in den diese Öffnungen abdichten den Stopfbüchspackungen 13 und 13' geführt. Die Zuführungsleitung 6 ragt in ausreichender Länge, die sich nach dem Kolbenhub richtet, in das Rohr 12 hinein, in dem sie durch die Sperre 14 hindurch geführt ist. Das Rohr 12' ragt in entsprechender Länge in die Abführungsleitung 7 hinein, wobei es durch die Sperre 15 in der Leitung 7 hindurchge führt ist. Die Kammer ist in dem gezeigten Ausfüh rungsbeispiel mit ihren die Öffnungen 5 und 10 bzw. 10' aufweisenden Enden fest an das Kurbelgehäuse bzw. an die das Zylindergehäuse vom Kurbelgehäuse trennende Querwand angeschweisst.
Das Zylinder gehäuse ist zweckmässig mit einer Abflussöffnung 16 versehen. Die Kolbenstange 17 ist durch die Stopf büchse 18 hindurchgeführt.
Bei Inbetriebnahme der Kühlung gelangt das Kühlmittel über die Zuführungsleitung 6 und das Rohr 12, die teleskopartig miteinander verbunden sind, in den Kühlraum 11 des Kolbens 3 und ver lässt diesen nach ausreichender Kühlung über das ebenfalls teleskopartig mit der Abführungsleitung 7 verbundene Rohr 12'. Die innern Sperren 14 und 15 der Teleskoprohre halten nie so dicht, dass nicht, be sonders bei der hin und her gehenden Bewegung der mit dem Kolben fest verbundenen Rohre 12 bzw. 12', Kühlmittel durch die Sperren hindurchtreten kann.
Das die Sperren durchdringende Kühlmittel kann aber bei Anordnung der besonderen Kammer 4 nicht mehr in den Raum b und damit zu dem Schmieröl gelangen, sondern wird in dieser Kammer aufgefangen, aus der es über die Abflusseinrichtung 9 nach aussen abfliesst.
Durch Beobachtung dieser Abflusseinrichtung kann auf einfache Weise jedes Undichtwerden der in der Kammer untergebrachten Kühlmittelleitungen und ihrer gelöteten oder ge schweissten Verbindungsstellen, das zum Beispiel durch Erschütterungen beim Lauf der Brennkraft- maschine hervorgerufen werden kann, sowie insbe sondere der Eintritt übermässiger Leckagen der tele- skopartigen Verbindungen der Kühlmittelleitungen sofort festgestellt werden.
Bei geeigneter innerer Ausgestaltung der Kam mer, zum Beispiel durch Unterteilung mittels einer oder mehrerer Querwände, von denen eine in der Figur mit 19 (gestrichelt) angedeutet ist, und bei Anordnung einer der Anzahl der durch die Unter teilung der Kammer durch Querwände entstandenen Räume entsprechenden besonderen Abflusseinrichtun- gen kann der jeweilige Ort der Leckstelle an den Leitungen einfach bestimmt werden.
Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, für jede einzelne Zu- bzw. Abführleitung des Kühlmittels je eine beson- dere Kammer vorzusehen. Der Druck im Raum a, der mit dem hier nicht gezeigten Spülluftaufnehmer- raum in Verbindung steht, entspricht in der Regel demjenigen der Spülluft oder der Aufladeluft und ist daher grösser als der im Kurbelraum b herrschende Druck bzw. der Druck der äussern Atmosphäre. Diese Druckunterschiede zwischen den beiden Räumen wir ken sich in einer Verbesserung der abdichtenden Wirkung der Stopfbüchsen 13 bzw. 13' aus.
Damit diese Druckunterschiede wirksam bleiben, empfiehlt es sich, die Abflussöffnung 16 nur so gross zu be messen, dass eine Drosselwirkung dieser Öffnung gewährleistet ist. Treten Undichtigkeiten an den Stopfbüchsen 13 bzw. 13' auf, so kann das Leck mittel nicht in den Kurbelraum b, sondern nur in die Kammer 4 gelangen, wo es aufgefangen und nach aussen abgeführt wird. Falls das Leckmittel in den Raum a des Zylindergehäuses austritt, so wird es durch die Abflussöffnung 16 aus diesem Raum nach aussen abgeführt.
Das Austreten von Leckflüssigkeit aus dieser Öffnung gibt ebenfalls ein von aussen sicht bares Mass für die im Innern der Brennkraftmaschine etwa aufgetretenen Undichtigkeiten.
Anstelle der verwendeten Teleskoprohre kön nen auch andere flexible Verbindungen zwischen den Kühlmittelleitungen, zum Beispiel Gummi- oder Me tallschläuche oder gelenkig miteinander verbundene Rohre verwendet werden. Die Kammer 4 kann in Form eines besonderen Gehäuses fest mit dem Kur belgehäuse verbunden oder mit diesem verschweisst oder auch mit diesem in einem Stück gegossen sein.
Die Anwendung der Erfindung ausser für Brenn- kraftmaschinen auch für Kolbenverdichter, Wärme pumpen, Kälte- oder andere Maschinen, deren beweg liche Kolben gekühlt werden müssen und bei denen das aus Leckstellen austretende Kühlmittel nicht mit Schmieröl oder mit den zu komprimierenden Stoffen unverträglichen andern Stoffen zusammentreffen darf, ist ebenfalls vorgesehen, jedoch dürfte die Anwen dung der Erfindung bei Brennkraftmaschinen die meisten Vorteile bieten.
Piston machine The invention relates to a piston machine, the piston of which is cooled by a means which is fed in and out through movable lines.
Piston machines often require piston cooling by means of a cooling medium, for example oil or water, or by means of a refrigerant such as Freon. In order to achieve the lowest possible height of the machine, the supply lines for the cooling medium are usually housed in the crank arm. For the supply of the cooling medium to the piston, movable lines, often telescopic tubes, are used, which can follow the movement of the piston to and fro.
However, in practical operation, the sealing of the telescopic tubes, which are plugged into one another, can never be so tight that more or less cooling medium cannot leak through the seals to the outside. The connection points between the telescopic tubes and the coolant lines are sensitive and can easily leak as a result of the vibrations when the machine is running. The coolant emerging from the seals of the telescopic tubes and other leaks in the cooling lines from the known machines can get into the cure belraum and mix there with the lubricating oil.
This impairs the lubricating effect of this oil and, in addition to other resulting damage, a corrosion effect from the cooling medium that has penetrated into the crankcase is to be expected.
The invention shows a way to avoid these difficulties. This is achieved by using a chamber which is arranged at least partially in the crankcase, is sealed against the same and serves to accommodate at least part of the supply and discharge lines for the coolant. With this arrangement of the chamber, which has no open connection with the crank chamber, the opening required for the passage of the movable coolant line can lead out of the crank chamber and, for example, a telescopic tube connected to the piston can be guided in a stuffing box sealing this opening .
The coolant discharged from any leaks in the coolant lines or the stuffing boxes of the telescopic tubes is captured in the chamber and can be easily discharged to the outside from there without coming into contact with the lubricating oil. Here, the additional advantage is achieved that the occurrence of any leakage is immediately indicated by the coolant visibly emerging from the machine when suitable drainage devices are arranged.
In the drawing, a partial section of an internal combustion engine, namely a diesel engine with a cross head and piston rod with a stuffing box, is shown schematically as an example of an embodiment of the invention.
In the figure, the space enclosed by the cylinder housing 1 is denoted by a, the space enclosed by the crankcase 2 is denoted by b and the piston to be cooled is denoted by 3. Rooms a and b are separated from one another in a gas and liquid-tight manner. In space b of the crankcase, the chamber 4, which is closed on all sides against this space, is placed under. This chamber has an outward Füh-generating opening 5 through which the device 6 Zuführungslei and the discharge line 7 for the coolant are introduced into the chamber.
As can be seen from the figure, the opening 5 is expediently covered with a cover 8 through which, in addition to the coolant lines, the drainage device 9 of the chamber and other lines not shown here, which can be used for measurement purposes, for example, are passed. The chamber also has openings 10 and 10 'leading into the space ca of the cylinder housing, through which the pipes 12 and 12' belonging to the telescopic connections are inserted into the chamber with the cooling chamber 11 of the piston 3.
These pipes are guided in the gland packings 13 and 13 'to seal these openings. The feed line 6 protrudes in a sufficient length, which depends on the piston stroke, into the tube 12 in which it is passed through the lock 14. The tube 12 'protrudes a corresponding length into the discharge line 7, wherein it is through the lock 15 in the line 7 leads durchge. In the exemplary embodiment shown, the chamber is welded firmly to the crankcase or to the transverse wall separating the cylinder housing from the crankcase with its ends having the openings 5 and 10 or 10 '.
The cylinder housing is expediently provided with an outlet opening 16. The piston rod 17 is passed through the stuffing sleeve 18.
When the cooling system is started up, the coolant reaches the cooling chamber 11 of the piston 3 via the supply line 6 and the pipe 12, which are telescopically connected to one another, and, after sufficient cooling, leaves it via the pipe 12 ', which is also telescopically connected to the discharge line 7. The inner locks 14 and 15 of the telescopic tubes are never so tight that coolant cannot pass through the locks, especially during the reciprocating movement of the tubes 12 and 12 'firmly connected to the piston.
With the arrangement of the special chamber 4, however, the coolant penetrating the barriers can no longer get into space b and thus to the lubricating oil, but is collected in this chamber, from which it flows to the outside via the drainage device 9.
By observing this drainage device, any leakage of the coolant lines housed in the chamber and their soldered or welded connection points, which can be caused, for example, by vibrations when the internal combustion engine is running, and in particular the occurrence of excessive leakages of the telescope-type Connections of the coolant lines can be determined immediately.
With a suitable internal configuration of the chamber, for example by subdivision by means of one or more transverse walls, one of which is indicated in the figure with 19 (dashed), and when arranged one of the number of rooms created by the subdivision of the chamber by transverse walls With special drainage devices, the respective location of the leak on the lines can be easily determined.
It is also within the scope of the invention to provide a special chamber for each individual supply and discharge line of the coolant. The pressure in space a, which is connected to the scavenging air receiver space, not shown here, generally corresponds to that of the scavenging air or the supercharging air and is therefore greater than the pressure prevailing in the crank chamber b or the pressure of the external atmosphere. These pressure differences between the two spaces we ken in an improvement in the sealing effect of the stuffing boxes 13 and 13 '.
In order for these pressure differences to remain effective, it is advisable to measure the outflow opening 16 only so large that a throttling effect of this opening is guaranteed. If leaks occur in the stuffing boxes 13 or 13 ', the leak medium cannot get into the crank chamber b, but only into the chamber 4, where it is collected and discharged to the outside. If the leakage agent emerges into space a of the cylinder housing, it is discharged to the outside through the drain opening 16 from this space.
The emergence of leakage fluid from this opening also provides an externally visible measure of any leaks that may have occurred inside the internal combustion engine.
Instead of the telescopic tubes used, other flexible connections between the coolant lines, for example rubber or metal hoses or articulated tubes, can be used. The chamber 4 can be firmly connected in the form of a special housing with the cure bel housing or welded to this or be cast in one piece with this.
The application of the invention except for internal combustion engines also for piston compressors, heat pumps, refrigeration or other machines whose moving pistons have to be cooled and where the coolant escaping from leaks does not come into contact with lubricating oil or other substances incompatible with the substances to be compressed may, is also provided, but the application of the invention in internal combustion engines should offer the most advantages.