Ölgekühlter Kolben mit Pleuelstange für Fahrzeugdieselmotoren Für Grossdieselmotoren sind seit vielen Jahren ölgekühlte Kolben mit bestem Erfolg in Benutzung. Die Kühleinrichtung ist so ausgebildet, dass durch einen Hohlraum zwischen einem Innenteil der Ring partie und dem Kolbenboden Öl oder Wasser als Kühlmittel durchgepumpt werden können. Es sind aber auch schon bei einteiligen Kolben Rohrschlan gen zur Führung des Kühlmittels in den Kolben ein gegossen worden. Das Eingiessen derartiger aus mehreren Windungen bestehender Kühlsysteme er fordert verhältnismässig grosse Aufmerksamkeit und bedingt eine besondere Bauweise des Kolbens sowie das Vorsehen eines vielfach unerwünscht grossen Raumes für die Unterbringung der Schlangen.
Bei Kolben mit einem Bolzenstuhl wurde dieser bei den bekannten Ausführungen zur Abdeckung des Kühlraumes mit hinzugezogen. Die Kolben für Gross motoren weisen ferner Einrichtungen auf, die die Zuleitung des Kühlmittels unter Druck gestatten und sich hierfür eines sogenannten Posaunenrohres oder in schnellaufenden Maschinen eines Gelenkrohres bedienen. Andere Kolben, wie z. B. solche für mit telgrosse Dieselmotoren, fördern das Kühlmittel durch einen Kanal in der Pleuelstange. Bei diesen Ausführungen werden vielfach elastische Dichtungen im Kühlraum des Kolbens erforderlich, wenn das Kühlmittel unter Druck steht. Der Ablauf des Öls nach dem Kurbelraum erfolgt über eine oder mehrere Bohrungen.
Bei kleineren Kraftmaschinen mit Zylindern, deren Bohrungen zwischen 80 und 150 mm liegen, haben sich Schwierigkeiten insofern herausgestellt, als sich die Kolben nicht einwandfrei kühlen lassen. Es ist zwar schon versucht worden, die heissen Teile im Kolbeninnern durch die Kühlmittel anzuspritzen, die über Zuführungen durch die Pleuelstange geleitet werden; es gelang jedoch nicht, gerade die Teile, die am stärksten gekühlt werden mussten, durch das frei in den Raum hineingespritzte Kühlöl zu erfassen.
Bekanntlich dürfen erfahrungsgemäss bei hoch beanspruchten Motoren die Temperaturen in der obern Kolbenringnut 180 bis 200 C nicht über schreiten, da sonst, gleichgültig nach welchem Sy stem der Motor arbeitet, die handelsüblichen Schmieröle verdampfen und sich in den Ringnuten Rückstände festsetzen können, die ein einwandfreies Arbeiten der Kolbenringe unterbinden. Es steht ferner auch fest, dass die Viskosität eines Schmieröl films bei 200 C so niedrig ist, dass sich ein trag fähiger Schmierfilm nicht mehr zu bilden vermag. Hieraus ergibt sich die Forderung, bei hochbean spruchten Tauchkolben die Kühlung innerhalb der selben hinter den obern Verdichtungsringen am intensivsten durchzuführen.
Bei den relativ kleinen Kolbenabmessungen ist es daher nicht möglich, die Kühlölzuführung so zu gestalten, wie sie bei Gross motoren bisher üblich war, sofern nicht ein viel gliedriger Aufbau mit in Kauf genommen werden soll.
Die Erfindung weist einen Weg zur Lösung dieser Aufgabe, indem sie eine neue Regel zur Her stellung der verhältnismässig kleinen Kühlmittel räume hinter der Ringpartie im Kolbenkopf, z. B. für ölgekühlte Kolben, die in Fahrzeugdieselmotoren laufen, angibt und dabei berücksichtigt, dass das Kühlmittel pendelnd die zu kühlende Wand benetzt. Bei der Lösung der Aufgabe ist ferner die Herstel lung des Kolbens als einteiliger Kolben möglich.
Erfindungsgemäss ist der ölgekühlte Kolben da durch gekennzeichnet, dass im Kolbenkopf hinter der Ringpartie ein ringförmiger Hohlkörper für das Kühlöl vorgesehen ist, der aus Blech besteht und in den einteiligen Kolbenkörper eingegossen ist. Der metallische Werkstoff des Blechringes weist zweck mässig einen höheren Schmelzpunkt auf als der des Kolbens. Die Anfertigung solcher Ringräume kann durch Biegen und Zusammendrücken der Bleche er folgen; es können aber auch profilierte Bänder be- nutzt werden, die gegebenenfalls durch Schweissen bis zu ihrem Einsetzen in die Giessform zusammen gehalten sind.
Mit diesen eingegossenen Blechkanä len können ferner die Kühlölzuleitungen so verbun den werden, dass die kalten Kühlmittel zuerst auf die Ringpartie auftreffen und dann heissere Stellen des Kolbens beaufschlagen. Für die Kühlölzuleitun- gen können dabei die Erfahrungen, die sich bei Grossdieselmotoren als recht vorteilhaft erwiesen haben, ausgenutzt werden.
Die Figuren veranschaulichen Ausführungsbei spiele des Erfindungsgegenstandes. Sie zeigen im Längsschnitt Kolben mit verschiedenartig ausgebil deten Kühlräumen im Kolbenkopf hinter der Ring- partie.
In allen Figuren ist der Kühlölraum mit 1 be zeichnet. Er besteht aus einem zu einem Ringkanal geformten dünnwandigen Blech 2, das beim Giessen des einteiligen Kolbens mit eingegossen worden ist.
Ein Tauchkolben 3 für einen Zweitaktdiesel- motor, wie ihn die Fig. 1 veranschaulicht, weist einen relativ schmalen ringförmigen Kühlraum 1 hinter der Ringpartie 4 auf, dessen der Kolben bodenoberfläche 5 zugekehrte Wand nur geringe, radiale Ausdehnung hat. Die Zünddrücke werden zum Teil über den äussern Kolbenquerschnitt und zum grösseren Teil durch die innere Wand 6 des Kühlraumes 1 auf die Kolbenbolzenaugen 7 weiter geleitet.
Die Ölzuführung erfolgt durch ein einge gossenes Strahlrohr 8, das in den ringförmigen Kühlraum so mündet, dass das Kühlöl zur heissesten Stelle gelangt. Die axiale Länge des Kühlraumes kann je nach der thermischen Belastung so gross ge wählt werden, dass die gesamte Ringpartie 4 oder auch nur ein Teil derselben direkt gekühlt wird.
In der Fig. 2 ist ein Kolben dargestellt für einen Viertaktdieselmotor mit einem Hessehnann-Brenn- raum 9 im Kolbenboden 10. Derartige Kolben sind sehr oft nicht nur in der Ringpartie, sondern auch in dem Kolbenteil 11 oberhalb der Ringpartie ther misch sehr hoch belastet. Der ringförmige Kühlraum I ist infolgedessen so gestaltet, dass aus dem gesam ten thermisch überlasteten Gebiet die Wärme gut abgeführt wird.
Das Kühlöl soll auch bei dieser Aus führung durch ein oder mehrere Bohrungen oder Rohre zugeführt werden, und zwar derart, dass durch ein Strahlrohr 12, welches am Kurbelgehäuse 13 be festigt ist, ein dünner scharfer Ölstrahl während des Kolbenlaufes durch die Bohrung bzw. das Rohr 14, welches im Kolben eingegossen ist, bis in den Ring raum gespritzt wird. Es können bei derartigen Kol ben ein oder mehrere Strahlrohre für die Öl zuführung und auch gleichzeitig für die Ölabführung vorgesehen werden, die so eingegossen sind, dass das rücklaufende Öl das Innere des Kolbens nicht be netzt.
Selbstverständlich ist es bei den beschriebenen Kolbenausführungen nach Fig. 1 und 2 auch mög lich, das überschüssige Kühlöl durch entsprechende Bohrungen direkt aus dem Ringraum 1 in das Innere des Kolbens austreten zu lassen. Ausserdem ist es mitunter vorteilhaft, gleichzeitig mit der Kühlölzu- führung 14 auch eine intensiv wirkende Kolben bolzenschmierung in den Kolbenbolzenaugen 15 zu verbinden. Es wird zu diesem Zweck vorteilhafter weise das zugeführte kalte Öl verwendet. Hat das abfliessende Öl keine sehr hohen Temperaturen, dann kann auch dieses noch zur Schmierung des Bolzens mit herangezogen werden.
Der Kolben nach der Fig. 3 weist einen Kugel- brennraum 16 auf. Derartige Kolben haben nicht nur eine sehr hohe thermische Belastung in der Ringpartie, sondern auch im Kolbenboden 17 in der Nähe der Öffnung des Kugelbrennraumes aufzu nehmen. Infolgedessen kann der Kühlraum 1 zweck mässigerweise so gestaltet werden, dass sowohl der Boden 17 als auch die Ringpartie des Kolbens durch im Raum 1 hin und her pendelndes Öl gekühlt wird.
Um die Kühlwirkung wesentlich zu verbessern und die Festigkeit des Kolbenbodens 17 zu verstärken, sind tunlichst radiale Rippen 18 an der Innenseite des Kolbenbodens 17 vorgesehen, durch die im übrigen auch die zu kühlende Oberfläche wesentlich vergrössert wird. Bei einer derartigen Kolbenbau weise ist die Zuführung des Kühlöls auch durch die hohlgebohrte Pleuelstange 19 möglich, wenn das Öl durch entsprechende Bohrungen 20 in der Wand des Kolbenbolzens 21 unter Zwischenschaltung eines Kanals 22 oder eines eingegossenen Rohres über dem Kolbenbolzenauge geleitet wird.
Das Zufüh rungsrohr 22 und die Rückleitungsrohre können da bei so weit in den Ringraum 1 eingeführt werden, dass bei stillstehender Maschine eine entsprechende Kühlölmenge in dem Ringraum zurückbleibt.
Die Fig. 4 lässt einen Tauchkolben 23 erkennen, der nicht nur in der Ringpartie 24 ausserordentlich hoch belastet ist, sondern bei dem der Kolbenboden 25 so heiss wird, dass eine Kühlung desselben unbe dingt erforderlich ist. Die Kühlölzuführung erfolgt auch hier durch die hohlgebohrte Pleuelstange 26. Das Öl wird durch Spritzdüsen 27, die parallel zum Kolbenbolzen 28 angeordnet sind, in Schlitze 29 über dem Kolbenbolzenauge während des Laufes ge spritzt.
Die Schlitze 29 sind so gestaltet, dass bei einem maximalen Pleuelausschlag von etwa 30 der Ölstrahl mit Sicherheit aufgefangen wird und den Ringraum erreicht, und zwar unabhängig von der Kolbengeschwindigkeit.
Um eine zweckmässige Führung des Kühlöls zu erreichen, sind in der Fig. 4 senkrecht und radial verlaufende Rippen in dem Kühlölraum 1 vor gesehen. Der Abfluss des heissen Öls kann sowohl in der Nähe der Kolbenbodenmitte 30 als auch recht winklig zu den Eintrittsschlitzen an der Unterkante des Kühlraumes erfolgen. Fig. 5 zeigt einen Kolben, der doppelwandig bis zur Nut für den untern Ölabstreifring ausgebildet ist. Die Zuführung des Schmieröls erfolgt wiederum durch die hohlgebohrte Pleuelstange 32.
Die Spritz düse 33 befindet sich unterhalb des Kolbenbolzens 34 parallel zu demselben und führt das Öl durch einen sich etwa auf einen Bogen von 30 erstreckenden Schlitz 35 dem Kühlraum 1 zu. Durch die Pendel wirkung im Kolbenkühlraum wird die Kühlöhnenge in der Richtung zum Kolbenboden hin beschleunigt. Das Kühlöl kann daher an der Unterseite des Brenn- raumes 36 im Kolbeninnern zurückgeführt werden. Um eine möglichst grosse Stabilität derartiger Kolben zu erreichen, kann der Kühlraum 1 je nach Bedarf durch kreisförmig oder andere gestaltete Verbin dungsstücke 37 mit dem äussern Kolbenmantel ver steift werden.
Diese Verbindungen können so aus gebildet sein, dass die Pendelwirkung des Kühlöls durch dieselben nicht wesentlich beeinflusst wird. Zweckdienlich ist es, derartige Verbindungsstellen vorzugsweise auch dort anzuordnen, wo Ölrückführ- bohrungen von den Ringnuten zum Kolbeninnern vorgesehen werden müssen.
In der Fig. 6 ist ein Kolben mit geschlossenem Laufmantel und einem Kolbenbolzenstuhl 38 darge stellt, bei dem auch eine Kühlung durch Pendeln des Öls hinter der Ringpartie vorgesehen ist. Das Kühlöl wird bei einer derartigen Kolbenkonstruktion durch ein Strahlrohr 39 oder über die Pleuelstange dem Kühlraum 1 zugeleitet. Das heisse Kühlöl verlässt durch Rückführlöcher 40 im Innern über den Bolzenstuhl die Kühlräume 1 und 41, um über die Pleuelstange zum Kurbelgehäuse zurückgeleitet zu werden.