Kolbenkühlvorrichtung für Brennkraftmaschinen Die Erfindung .bezieht sich auf eine Kolbenkühl vorrichtung für Brennkraftmaschinen, beider das Kühl mittel .unter Drucklurch einen Einsatz in dem Kolben bis nahe an :die Innenfläche des Kolbenkopfes geführt wird.
Bekanntlich sind zur Wärmeableitung von der Er bitzung durch :die Brenngase .ausgesetzten Teilen von Brennkraftmaschinen, insbesondere für bestimmte Kol benpartien thermisch hochbelasteter Motoren, :die ver- schiedensten besonderen Kühleinrichtungen ausgeführt worden.
Es sind Kolbenbodenspritzkühlungen bekannt, -bei denen das Kühlmittel unter Druck durch einen Kanal in :der Treibstange von Tauchkolbenmotoren bzw. in der Kolbenstange von Kreuzkopfmotoren geleitet und frei gegen die Kolbenbode;ninnense.ite gespritzt wird. Diese Art von Kühleinrichtungen gewährleistet jedoch für thermisch hochbelastete Motoren keine ausreichende Wärmeableitung, da ein :grosser Teil des Kühlmittels vom Kolbensboden wieder abtropft, ohne genügend Wärme aufgenommen zu haben.
Bei anderen :bekannten Kolbenkühleinrichtungen wird der Kühlmittelstrahl durch fest mit dem Kolben verbundene Einsätze in bestimmte Bahnen gelenkt. Diese Einsätze haben den Nachteil, dass sie eine Verkokung des Kühlmittels am Kolbenboden nicht oder nur unge- nügend verhindern und die Kanäle der Einsätze ver schlammen, so dass sie von Zeit zu Zeit .unter nicht un bedeutendem Kostenaufwand gereinigt werden müssen, da sonst infolge der verminderten Wärmeableitung ;
an den mit Ölrückständen behafteten Flächen Wärmespan nungen .auftreten, die eine Verformung des Kolbens und dadurch die Gefahr von Kolbenfressern sowie von Rissen in Kolbenbodenabschnitt und .in der Ringpartie des Kolbens hervorrufen.
Weiterhin ist eine Kolbenbodenspritzkühlung be kannt, bei de:r dasKühlmittel d urch einen Kanal in einer schwingend .bewegten Treibstange und über ein die Ver längerung der Treibstange bildendes Spritzmundstück bis nahe an die Kolbenbodeninnenseite heraagefühxt wird, so dass das pilzförmig ausgeführte Spritzmundstück mit seinem gewölbten Dach gleichzeitig als Wischer :dient.
Bei der .bevorzugten Ausführung dieser Kolbenspritz- kühl:ung wird das pilzförmig ausgebildete Spritzmund stück sogar z. B. mittels einer Öl- oder Federdruck vorrichtu,ng an die Kolbeninnenseite bzw. den darauf befindlichen Kühlmittelfil.m gedrückt, wodurch die be strichene Kolbenbodeninnenfläch,e metallisch blank ge- halten werden soll.
Diese Kühleinrichtung hat den Nach teil der unterschiedlichen Wärmeableitung von Kolben, Boden, da die Kolbenbodeninnenseite nur im Wischbe reich des pilzförmigen Spritzmundstückes metallisch blank, jedenfalls aber frei von Ölrückständen "gehalten wind .und somit einen wesentlich besser= Wärmeüber gang gewährleistet als :die nicht bestrichene Kolben- boderiinnenfläche, .an der sich nach wie vor Ölkohle absetzen kann.
Weiterhin wird mit dieser Kühleinrichtung der Öl- kohleansatz an der Innenseite der Ringpartie nicht ver hindert. Diese Partie muss aber gerade besonders gut gekühlt werden, da erfahrungsgemäss die Temperatur in der oberen Ringnut 200 C nicht überschreiten darf, wenn das zur Schmierung der Kolbenringe dienende Schmieröl in :den Ringnuten nicht :altern und damit Rückstände bilden soll, die ein einwandfreies Arbeitens der Kolbenringe verhindern würden.
Auch ist diese Kühleinrichtung im wesentlichen auf Motore in Tauch kolbenart mit schwingend bewegter Kolbentreibstange beschränkt.
Ein weiterer Nachteil ist in :der für diese Kolben- kühleinrichtung notwendigen. nicht rotationssymmetri schen Ausbildung des Kolbens zu sehen, die ebenfalls Wärmespannungen im Kolben und damit Verformungen mit ihren nachteiligen Folgeerscheinungen hervorruft.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, .eine Kolbenkühleinrichtung zu schaffen, .bei idbr ein Ölkohle- ausatz an der gesamten Innenseite des Kolbenbodens und fder anschliessenden Ringpartie vermieden werden soll, .und die bei allen grösseren Brennkraftmaschinen verwendet werden kann.
Erfindungsgemäss ist die Aufgabe idadurch gelöst, idass die Kolbenkühlvorrichtung für Brennkraftmaschi- nen, :
bei der das Kühlmittel unter Druck durch einen Einsatz in,dem Kolben bis nahe .an die Innenfläche des Kolbenkopfes geführt wird, so gestaltet ist, dass der Kolbeneinsatz aus einem mit dem Kolben fest verbundle- nen Tragkörper und einem darauf oder darin drehbar gelagerten Rotationskörper besteht,
der gleich unter der Kolbenbodeninnenfläche angeordnet ist und dass die den Innenflächen des Kolbenbodens gegenü :berliegendon Flächen ides Rotationskörpers mit Kühlmittelleitstegen versehen sind, die so ausgebildet und angeordnet sind, idass sie im Betrieb dem Kühlmittelstrom einen Wider stand entgegensetzen, zufolge dessen der Rotationskör per in drehende Bewegung versetzt wird,
wobei die nahe an der Kolbenbodeninnenfläche rotierenden Kühlmittel- leitstege durch Erzeugung von Turbulenz im Kühlmittel die gesamte Kolbenbodeninnenfläche ständig von Öl- rückständen freihalten und :eine schnelle Wärmeableitung gewährleisten.
.Eine Intensivierung der Bewegung des Einsatzes für die Kühlmittelverteilung kann dadurch erfolgen, @dass das Kühlmittel ein mit dem Rotationskörper gleichachsig, verbundenes Turbinenrad antreibt.
Weiterhin kann mittels einer Masse, ,die zentrisch auf ,einer mit dem Rotationskörper verbundenen Welle gleitet und am äusseren Umfang Nuten aufweist, die einer axialen Führung im Kolben zugeordnet sind und dadurch an einer Drehbewegung gehindert wird, 'durch Bewegungsänderung des Kolbens, eine Bewegung des Rotationskörpers erzeugt werden.
Eine Bewegung des Rotationskörpers kann auch durch eine Verbindung des Rotationskörpers mit der Pleuelstange durch Zahnsegmente, Schubkurbel oder ähnliches erfolgen.
Bei allen Antriebsarten ist es mög lich, die Lagerung ides Rotationskörpers so zu gestalten, dass eine axiale Bewegung desselben erfolgt, @die infolge der Massenbeschleunigung während des Betriebes einen Wechsel des .Spieles zwischen Rotationskörper und Kol- benbodeninnenfläche ermöglicht.
Dadurch wird sowohl ,die Wischerwirkung"der Kühlmittelleltstege als, auch die Turbulenz des Kühlmittels verstärkt.
Eine weitere Lösung besteht darin, @dass durch das Anbringen von z. B. Bürsten, Stiften oder Kerben an den Kühlmittelleitstegen oder durch geschränkte Kühl- mittelleitstege idie Wischerwirkung verbessert sowie eine erhöhte Turbulenz des Kühlmittels und infolgedessen ein günstigerer
Wärmeübergang erreicht wird.
An besonders wärmebelasteten Stellen der Kolben- bodeninnenfläche kann der Innenboden des Rotations körpers z. B. wellenförmig .ausgebildet sein bzw. leit- blechartige Ausarbeitungen besitzen, damit der Kühl- mittelstrom etwa senkrecht ,auf die zu kühlenden Flä chen trifft und somit .einen besonders :
intensiven Wärme- übergang,gewährleistet.
Durch die Erfindung wird der Ölkohlenansatz mit Sicherheit im .gesamten würmespannungsgefährdeten Be reich des Kolbens verhindert.
Da das Kühlmittel mit grosser Geschwindigkeit und Turbulenz zwischen der Einsatz- und der Kolbenboden- Innenfläche fliesst, ist auch Idas: Verschlammen :des Ein s atzeeg beseitigt.
Die Erfindung soll in dennachstehenden Zeichnun- gen beispielsweise erläutert werden. Es zeigen: Fig. 1 einen Schnitt durch den Kolben mit dem Kol- beneinsatz, Eig. 2 ,den Schnitt A-A nach Fig. 1, Fig. 3 -einen Schnitt durch den Kolben mit Kolben einsatz und Turbinenrad,
Fig. 4 Iden Schnitt B-B nach Fig. 3, Mg ,. 5 :einen Schnitt durch den Kolben mit Kolbens einsatz und Masse, Fig. 6 den Schnitt C-C nach Fig. 5,
Fig. 7 .einen Schnitt durch den Kolben mit Kolben einsatz und Zahnsegment, Fig. 8 den Punkt I nach Fig. 1, 3, 5 oder 7-Kühl- mittelleitsbeg mit Bürsten, Fig. 9,den Schnitt D-D nach Fig. 8, Fig. 10,den Punkt I nach Fig. 1, 3, 5 oder 7 - Kühl- mittelleitsteg mit Kerben,
.Fig. 11 den Punkt I :nach Fig. 1, 3, 5 oder 7 - ge- schränkter Kühlmittelleitsteg, Fig. 12 Iden & hnitt E-E nach Fig. 11, Fig. 13 den Punkt I nach Fig. 1, 3, 5 oder 7 - Kühl- mittelleitsteg mit Stiften, Fig. 14 den Schnitt F-F nach Fig. 13,
Fig. 15 den Punkt I nach Fig. 1, 3, 5 oder 7 - wel lenförmige Ausbildung des Innenbodens ,des Rotations- körpers, Fig. 16 den Punkt I nach Fig. 1, 3, 5 oder 7 - leit- blechartIge Ausarbeitung des Innenbodens des Rota tionskörpers und Fig. 17 den Schnitt G-G bzw. H-H nach Fig. 15 bzw. Fig. 16.
Durch die Leitung 2 gelangt das Kühlmittel über den Kolbeneinsatz an die Innenfläche des Kolbenbodens 1. Der Kolbeneinsatz besteht .aus dem Tragkörper 3 und dem :darauf oder darin gelagerten Rotationskörper 5. Die Lagerung ist :entsprechend ider gewählten Aus- führungsart verschieden, z.
B. .bei Fig. 1 mittels Lager 4; bei Fig. 3 mittels der Lager 25, 26; bei Fig. 5 mittels der Lager 12, 13 und bei Fig. 7 mittelst ,der Lager 22, 23. Der Rotationskörper 5 ist mit Kühlmittelleitstegen 6 versehen, die so .ausgebildet und angeordnet sind, dass sie dem Kühlmitteistrom einen Widerstand entgegen setzen, zufolge dessen oder Rotationskörper 5 in dre hende Bewegung versetzt wind.
Zur Erhöhunlg der Tur- bulenz des Kühlmittels sind die Kühlmittelleitstege 6 beispielsweise mit Kerben 18 oder Stiften 20 versehen. Ein ähnlicher Effekt wird erreicht, wenn geschränkte Kühlmittelleitstege 19 Verwendung finden. .Eine inten sivere Wischerwirkung kann durch das Befestigen von beispielsweise Bürsten 17 an den Kühlmittelleitstegen 6 erfolgen.
Das Kühlmittel fliesst .über die Kolbenbodeninnen- fläche und,die Innenfläche der oberen Ringpartie durch den Tragkörper 3 in der Leitung 7 :ab.
Die Drehbewegung ,des Rotationskörpers 5 kann beispielsweise durch Anordnung eines Turbinenrades 8, das durch die Achse 21 mit .dem Rotationskörper 5 ver bunden isst, erfolgen bzw. unter stützt werden.
Der Kühlmittelstrom treibt hierbei aus der Leitung 2 kommend zuerst,das Turbinenrad 8 an.
Weiterhin kann eine Bewegung des Rotationskörpers 5 in der Art erfolgen., dass durch Bewegungsänderung ,des .Kolbens die Masse 15, die zentrisch auf der mit dem Rotationskörper 5 verbundenen Welle 14 .gleitet und ,am äusseren Umfang Nuten 24 aufweist, die einer axialen ,Führung 16 zugeordnet sind, in Bewegung ge setzt wird.
Eine weitere Ausführungsform zeigt, dass die Bewegung der Pleuelstange 11 über ,das: Zahnsegment 9 -auf das Zahnsegment 10 und somit ,auf den Rotations körper 5 übertragen werden kann. In Fig. 15 und 16 ist dargestellt, dass der Innenboden des Rota tionskörpers 5 zum Beispiel wellenförmig ausgebildet sein kann bzw.leitblechartige Ausarbeitungen besitzt, -damit :der Kühlmittelstrom an besonders wärmebela steten Stellen etwa senkrecht auf die zu kühlende Stelle trifft.
In vorstehenden Ausführungsbeispielen wurde die prinzipielle Ausführung der Kolbenkühleinrichbung bei einem Kolben für eine schwingend' bewegte Kolben treibstange ;beschrieben. Bei Kreuzkopfmotoren kann die Kühlmittelzuführung :direkt durch eine Leitung in der Kolbenstange erfolget:.