DE1001862B

DE1001862B - Kolben fuer schnellaufende Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE1001862B
Application number: DEM23539A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Siegfried Meurer
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1954-06-24
Filing date: 1954-06-24
Publication date: 1957-01-31

Description

Kolben für schnellaufende Verbrennungsmotoren Die Erfindung bezieht sich auf insbesondere aus Gußeisen oder Stahl, jedenfalls aber einem Schwermetall, hergestellte Kolbens für schnell laufende Verbrennungsmotoren, bei denen der Brennraum ganz oder im wesentlichen im Kolbenboden angeordnet und von einer starken Kolbenplatte umgeben ist, an der die Ausbildung einer massenreduzierenden Innenkontur fertigungsmäßig sehr schwierig ist.
Zweck der Erfindung ist es, Mittel anzugeben, wodurch bei derartigen Kolben, ohne von innen her unterschwierigenVerhältnissen aushohren zu müssen, das Gewicht der hin- und hergehenden Massen erleichtert wird.
Bei schnell laufenden Verbrennungsmotoren ist es vielfach üblich, den Brennraum im Kolben anzuordnen. Als günstigste Brennraumform hat sich dabei ein nahezu halbkugelförrniger Hohlraum ergeben, weil die Kugelform die spezifisch geringste Brennraumoberfläche ergibt. Der Nachteil solch kugelförmiger oder nahezu kugelförmiger Brennräume liegt jedoch darin, daß ihre Höhe in Richtung der Brennraumachse nicht beliebig vermindert werden kann, weil immer ein gewisses Verdichtungsverhältnis eingehalten werden muß, was ein bestimmtes Brennraumvolumen voraussetzt. Solche Kolben haben deshalb eine sehr starke Kolbenplatte, in der der kugelförmige Brennraum eingebettet bzw. ausgespart ist. Für schnell laufende Motoren mit Schwermetallkolben ist das Gewicht der Kolbenplatte insofern ungünstig, als hierdurch die Massenkräfte erhöht werden. Andererseits sprechen gießtechnische Gründe dagegen, daß man die Innenform des Kolbens, besonders oberhalb der Ko#lbenbolzenaugen, so wählt, daß die Dicke der Kolbenplatte vermindert wird.
Man könnte zwar daran denken, in. der Kolbenplatte Aussparungen oder von innen her auszuarbeitende Bohrungen vorzusehen, wie dies bei Leichtmetallkolben zur Drosselung des Wärmeabflusses nach den Kolbenringen hin an sich bekannt ist. Eine solcheMaßnahmewürde aber bei gegossenen oder sonstwie aus Schwermetall hergestellten Kolben auf erhebliche Fertigungsschwierigkeiten stoßen, da infolge der erforderlichen großen spanabhebenden Kräfte besondere Hilfsmaßnahmen für eine stabile innere Werkzeughalterung notwendig wären, sofern die Bohrstellen mit den anzusetzenden harten Werkzeugstählen überhaupt zugängig sind. Bei Leichtmetallkolben ist dies einfacher zu verwirklichen, außerdem spielt dort die Reduzierung der Massenkräfte keine Rolle, weshalb die Bohrungen von geringem Durchmesser sein können.
Aufgabe der Erfindung ist es, die vorstehenden Schwierigl#neiten, zu beseitigen und Mittel anzugelDcn, die trotz Beibehaltung der notwendigen Plattenstärke des Kolbens eine Massenreduzierung am Kolben zulassen.
Diese Mittel bestehen erfindungsgemäß darin, daß in der Kolbenplatte rings um den Brennraum herum Hohlräume von der Oberseite des Kolbens her ausgespart sind, die jeweils durch eine Abdeckung gasdicht verschlossen sind. Diese Hohlräume können nach weiteren Ausgestaltungsmerkmalen de:r Erfindung entweder Bohrungen gleichen oder verschieden großen Bohrdurchmessers sein, die durch Stopfen gasdicht verschlossen sind, oder es kann statt einzelner Bohrungen auch ein um den Brennraum herum laufender ringförmiger Aussparungs- oder Schlitzkanal vorgesehen sein, der gasdicht verschlossen wird. Der Verschluß nach oben erfolgt dann durch eine entsprechende ringförmige Abdeckplatte.
Die durch die Erfindung erzielbaren Vorteile be- stehen außer der bereits erwähnten Vereinfachung in der Fertigung auch noch darin, daß Hohlräume in der Kolbenpla,tte vorgesehen werden können, die in sich völlig geschlossen sind, so daß sich keinerlei Spritzöl, Schmutz od. dgl. darin absetzen kann. Die Ausbildung derartiger geschlossener Hohlräume ist bei Herstellung der Bohrungen von innen her nicht möglich.
Es ist zwar bei Kolben, die keinen Brennraum im Kolbenboden aufweisen, schon vorgeschlagen worden, von der Kolbenbodenseite her ringförmige Schlitze mit einer lichten Weite von wenigen Millimetern einzuschneiden und sie durch einen Verschlußring abzudecken. Diese Ringschlitze dienen jedoch dem Zweck einer gesteuerten Wärmeableitung vom Kolbenboden. Für den durch die Erfindung angestrebten Zweck wären sie bedehtungslos, da hierdurch keine Massenreduzierung in einer starken Kolbenplatte bewirkt wird. Weiterhin ist es auch bei Kolben ohne Brennraum im Kolbenbodeni bekannt, am Kolbenmantel vom Kolbenboden her eingearbeitete relativ tiefe Bohrungen vorzusehen, in denen ein flüssiges Temperaturausgleichmittel, z. B. eine Natriumfüllung, untergebracht ist, deren Ausfließen beim Hin- und Hergang des Kolbens durch einen Verschlußring verhindert wird. Die Bohrungen sind, durch besondere Kanäle für Füllen und. Entleeren des Füllmittels gegenseitig verbunden, wobei der Verschlußring auch diesen Kanälen besonders angepaßt sein muß. Mit dem G-edanken der Massenreduzierung eines Kolbens mit starker Kolbenplatte und einem Bren#nraum im Kolbenboden hat diese bekannte Anordnung gleichfalls nichts zu tun.
Die Erfindung läßt sich auch in der Weise ausgestalten, daß, falls dies gewünscht wird, die als Bohrungen oder Schlitzkanal vorgesehenen Aussparungshohlräume durch Bohrungen mit dem Kolbeninneren verbunden sind.
In der Zeichnung ist die Erfindung an zwei bevorzugten Ausführungsbeispielen dargestellt. Hierbei zeigt Fig. 1 einen axialen Längsschnitt und Fig. 2 einen Grundriß des erfind-ungsgemäßen Kolbens, wobei jeweils die links der Symmetrieachse dargestellte Kolbenhälfte die Ausführung mit Bohrungen und die rechts der Symmetrieachse dargestellte Kolbenhälfte die Ausführung mit Ringkanalaussparung veranschaulicht.
Wie am besten aus Fig. 1 zu ersehen, ist in dem Kolben 1 der annähernd kugelförmige Brennraum 2 eingeschlossen, unter dem und beiderseits dessen die Kolbenbolzenaugen, 3 angeordnet sind. Hierdurch entsteht zwangläufig eine Kolbenplatte von der Dicke 4. Um gewichtsverringernde Aussparungen an dieser Kolbenplatte vorzusehen, ist es gießtechnisch nicht ohne weiteres möglich, eine Form des Innenkernes etwa nach der gestrichelt angedeuteten Linie 5' herzustellen. da sich ein solcher Kern nach Erstarrung des Gusses nicht mehr aus dem Kolben herausnehmen ließe. Gießtechnisch wäre diese Aufgabe nur zu lösen, wenn man eine sehr komplizierte Teilung des Kernes anwenden würde, was den Kolben stark verteuert und nicht im Erfindungssinne liegt. Es ist daher für die Erfindung Voraussetzung, daß die höchstgelegene, vom Gießkern erzeugte Innenkontur 5 der Kolbenplatte nicht - oder nicht wesentlich - höher liegt als die tiefste Stelle des Brennraumes.
Erfindungsgemäß werden rings um den Brennraum 2 herum Aussparungshohlräume, z. B. Bohrungen 6, in der Kolbenbodenplatte vorgesehen, die von der Oberseite des Kolbens her dort eingelassen und an ihrem kolbenbodenseitigen Ende mit Stopfen 7 verschlossen sind. Diese Ausführungsart ist auf der linken Seite in Fig. 1 und 2 dargestellt. Auf der rechten Seite dieser Figuren ist eine andere Ausführungsform mit einem in die Kolbenbodenplatte eingegossenen ringförmigen Aussparungs- oder Schlitzkanal 8 dargestellt, welch letzterer nach außen durch eine Ringplatteg verschlossen ist, die ihrerseits entweder durch Schweißung bei 10 oder durch ein Gewinde im Kolbenboden befestigt ist. Der Ringkanal 8 kann gegebenenfalls seinerseits wieder unterteilt sein. Die auf diese Weise gebildeten Hohlräume in der Kolbenplatte können weiterhin mit dem Kolbeninneren durch Bohrungen 11 verbunden sein und zur Kühlung des Kolbens mit herangezogen werden.
In Fig. 2 sind die beiden beschriebenen Ausführungsformen im Aufblick auf den Kolbenboden gezeigt. Aus dieser Figur ist links zu ersehen, daß statt der Bohrungen 6 auch Bohrungen 12 von kleinerem Durchmesser als die ersteren oder auch Aussparungen 13 von anderer als runder Umrißform vorgesehen werden können, was insofern bedeutungsvoll ist, als die erfindungsgemäßen Massenerleichterungsaussparungen in der Kolbenplatte ja auch den Wärmeabflußquersch;nitt nach der Ringpartie hin beeinflussen. Man hat es also durch Variation der Aussparungsbohrdurchmesser oder durch Änderung der Umrißform dieser Aussparungen in der Hand, den Massenerleichterungseffekt ohne Beeinträchtigung der erforderlichen Wärmeableitung herbeizuführen.
Zu den nachfolgenden Patentansprüchen wird, bemerkt, daß für die Gegenstände der Unteransprüche, zumal sie zum großen Teil an sich bekannt sind, ein vom Hauptgedanken der Erfindung (Anspruch 1) losgelöster Schutz nicht begehrt ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE. 1. Insbesondere aus Gußeisen oder Stahl, jedenfalls aber einem Schwermetall hergestellter Kolben für schnell laufende Verbrennungsmotoren, bei denen der Brennraum ganz oder im wesentlichen im Kolbenboden angeordnet und von einer starken Kolbenplatte umgeben ist, deren höchstgelegene, vom Gießkern erzeugte Innenkontur nicht - oder nicht wesentlich - höher liegt als die tiefste Stelle des Brennraumes, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kolbenplatte zwecks Massenreduzierung derselben rings um den Brennraum herum an sich bekannte Hohlräume (6, 8, 12, 13) von der Oberseite des Kolbens her ausgespart sind, welch.-, wie ebenfalls an sich bekannt, jeweils mit einer Ahdeckung gasdicht verschlossen sin#d.
2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekenn, zeichnet, daß die Hohlräume (6) BohTungen- gleich großen Bohrdurchmessers sind und mit Stopfen (7) gasclicht verschlossen sind. 3. Kolben nach Anspruch, 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kolbenplatte Hohlräume (13) ausgespart sind, die, in Anpassung an die erforderliche Wärmeableitung nach, außen, eine von der runden abweichende Umrißform aufweisen. 4. Kolben, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kolbenplatte ein den Brennraum umgebender ringförmiger Schlitzkanal (8) ausgespart ist, der durch eine ringförinige Platte (9) gas-dicht verschlossen ist. 5. Kolben nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Schlitzkanal (8) unterteilt ist. 6. Kolben nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungshohlräume (6, 8, 12, 13) durch Bohrungen (11) mit dem Kolbeninneren verbunden sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 762 820; britische Patentschrift Nr. 358 958; schweizerische Patentschrift Nr. 262 643.