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Die
Erfindung betrifft einen Kreuzkopfmotor, insbesondere Zweitakt-Großdieselmotor,
mit wenigstens einem durch eine Kolbenstange mit einem Kreuzkopfzapfen
verbundenen Kolben, der über
ein im Kreuzkopfzapfen und in der Kolbenstange vorgesehenes Kanalsystem
mit einer Kühlflüssigkeit
versorgbar ist, wobei die Kolbenstange mit einer Durchgangsausnehmung
versehen ist, in deren unteren Endbereich eine aus einer hiermit
fluchtenden Radialbohrung des Kreuzkopfzapfens vorspringende Zentrierbüchse eingreift
und deren oberhalb hiervon liegender Bereich durch ein an seinem
unteren Ende gefasstes, einen gegenüber dem zugeordneten Durchmesser
der Durchgangsausnehmung kleineren Außendurchmesser aufweisendes
Einsatzrohr in einen inneren und einen äußeren mit jeweils einem kreuzkopfzapfenseitigen
Strömungskanal
kommunizierenden, der Kühlflüssigkeit
zugeordneten Strömungskanal
unterteilt ist.
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Eine
bekannte Anordnung dieser Art ist ausschnittsweise aus 6 ersichtlich. Die Durchgangsbohrung
der Kolbenstange ist hierbei als im Bereich des unteren Flansches
der Kolbenstange verjüngte Stufenbohrung
ausgebildet, in deren unteren, verengten Bereich das den inneren
und äußeren Strömungskanal
voneinander abgrenzende Einsatzrohr von oben und die denselben Außendurchmesser
aufweisende Zentrierbüchse
von unten eingreifen. Die Herstellung der Stufenbohrung erfordert
zwei Bohrungen von einander gegenüberliegenden Seiten mit Bohrern
unterschiedlichen Durchmessers. Dies erschwert die Herstellung.
Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, dass die vom unteren Ende
des äußeren Strömungskanals
wegführenden
Bohrungen über die
Höhe des
Flansches der Kolbenstange hinaus vergleichsweise weit in den unteren
Bereich der Kolbenstange hineinreichen. Dies führt, wie die Erfahrung gezeigt
hat, im Betrieb zu ungünstigen
Spannungsverteilungen, was die Lebensdauer der bekannten Anordnung
verkürzen
kann bzw. eine äußerst starke
Dimensionierung erfordert.
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Hiervon
ausgehend ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Anordnung eingangs erwähnter
Art mit einfachen und kostengünstigen
Mitteln so zu verbessern, dass trotz einer einfachen Herstellbarkeit
günstige
Betriebsverhältnisse erreicht
werden.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die Durchgangsausnehmung der Kolbenstange zumindest unterhalb
ihres oberen Endbereichs als stufenlose Durchgangsbohrung ausgebildet
ist und dass das hierin platzierte Einsatzrohr mit seinem unteren
Endbereich in die Zentrierbüchse eingreift,
die einen gegenüber
dem Außendurchmesser
des Einsatzrohrs größeren Außendurchmesser aufweist,
der dem Durchmesser der Durchgangsbohrung entspricht.
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Mit
diesen Maßnahmen
werden die eingangs geschilderten Nachteile zuverlässig beseitigt.
Das Bohren der stufenlosen Durchgangsbohrung kann in vorteilhafter
Weise als einheitlicher Arbeitsschritt erfolgen. Dabei ist in Folge
des auf der ganzen Länge vorhandenen
gleichen Durchmessers am Ende des Bohrvorgangs eine ordnungsgemäße Spanabfuhr nach
unten gewährleistet,
so dass der Bohrer ohne die Gefahr von Beschädigungen der Oberflächen nach
hinten zurückgezogen
oder nach vorne aus der Bohrung herausgeschoben werden kann. Da
das zur Bildung eines inneren und äußeren Strömungskanals vorgesehene Einsatzrohr
mit seinem unteren Ende in der Zentrierbüchse gefasst ist, reicht der äußere Strömungskanal
bis in den Bereich der Zentrierbüchse
herab, so dass seine Verbindung zum zugeordneten, kreuzkopfzapfenseitigen
Strömungskanal
nur wenig oder gar nicht in den unteren Flansch der Kolbenstange
eingreifen muss. Infolge dessen wird im Betrieb eine günstige Spannungsverteilung
erreicht, was die Tragfähigkeit
erhöht
und dementsprechend eine vergleichsweise leichte Dimensionierung
ermöglicht.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen
der übergeordneten
Maßnahmen sind
in den Unteransprüchen
angegeben.
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Zweckmäßig besitzt
die Zentrierbüchse
einen Kragen, in den das Einsatzrohr mit seinem unteren Endbereich
eingreift. Auf diese Weise ergibt sich eine zentrierbüchsenseitige
Schulter, an welcher das untere Ende des Einsatzrohrs anliegen kann.
Zweckmäßig entspricht
die Breite der Schulter der Wanddicke des Einsatzrohrs, so dass
sich ein stufenfreier Anschluss des Innenmantels des Einsatzrohrs
an den Innenmantel der Zentrierbüchse
ergibt, was günstige
Strömungsverhältnisse
gewährleistet.
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Eine
weitere vorteilhafte Maßnahme
kann darin bestehen, dass die Radialbohrung des Kreuzkopfzapfens
eine die Zentrierbüchse
abstützende Schulter
aufweist. Dies gewährleistet
einen zuverlässigen
Sitz und guten Halt der Zentrierbüchse. Zweckmäßig entspricht
die Breite der Schulter der Wanddicke der Zentrierbüchse. Auf
diese Weise ergibt sich ein stufenloser Anschluss des Innenmantels
der Zentrierbüchse
an die Wandung des darunter sich befindenden Bereichs der kreuzkopfzapfenseitigen
Radialbohrung, was in derselben Weise wie oben günstige Strömungsverhältnisse erwarten lässt.
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Gemäß einer
ersten, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung Ausführung kann
der Verbindungsweg zwischen dem äußeren Strömungskanal der
Kolbenstange und dem diesem zugeordneten, kreuzkopfzapfenseitigen
Strömungskanal
wenigstens einen im Bereich des Flansches der Kolbenstange vorgesehenen,
stirnseitigen Schlitz enthalten, der in radialer Richtung über den
Durchmesser der Durchgangsbohrung und in axialer Richtung über das
obere Ende der Zentrierbüchse
hinausreicht. Vorzugsweise können
zwei einander diametral gegenüberliegende
Schlitze vorgesehen sein. Diese Schlitze lassen sich in vorteilhafter
Weise durch einen einfachen Fräs-
bzw. Sägeschnitt
mit Hilfe eines scheibenförmigen,
mit quer zur Achse der Kolbenstange verlaufender Achse angeordneten
Werkzeugs herstellen. Die radial äußere Konfiguration eines derartigen
Schnitts ist bogenförmig,
was im Betrieb zu einer besonders günstigen Spannungsverteilung
führt.
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Eine
andere vorteilhafte Ausführung
kann darin bestehen, dass der genannte Verbindungsweg wenigstens
ein im Bereich des Flansches der Kolbenstange vorgesehenes, rechtwinkliges
Bohrungssystem enthält.
Hierbei ergibt sich eine besonders einfache Herstellbarkeit.
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Eine
weitere, besonders bevorzugte, vorteilhafte Fortbildung der übergeordneten
Maßnahmen kann
darin bestehen, dass die Zentrierbüchse mit wenigstens einer äußeren, axial
verlaufenden Nut versehen ist, über
welche der radial außerhalb
des Einsatzrohrs verlaufende Strömungskanal
mit einem kreuzkopfzapfenseitig vorgesehenen Strömungskanal kommuniziert. Die äußere Nut
der Zentrierbüchse bildet
hier in vorteilhafter Weise einen vom außerhalb des Einsatzrohrs vorgesehenen
Strömungskanal
der Kolbenstange zum zugeordneten Strömungskanal des Kreuzkopfzapfens
führende
Verbindung. Hierdurch ist daher sichergestellt, dass jede Art von Schwächung der
Kolbenstange aufgrund der genannten Verbindung unterbleibt. Hierbei
ergeben sich daher im Betrieb besonders günstige Belastungsverhältnisse.
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Weitere
Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der übergeordneten Maßnahmen
sind in den restlichen Unteransprüchen angegeben und aus der
nachstehenden Beispielsbeschreibung anhand der Zeichnung näher entnehmbar.
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In
der nachstehend beschriebenen Zeichnung zeigen:
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1 einen
Vertikalschnitt durch einen Zweitakt-Großdieselmotor,
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2 ein
erstes Beispiel mit stirnseitigen Schlitzen der Kolbenstange,
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3 ein
zweites Beispiel mit rechtwinkligen Bohrungssystemen der Kolbenstange,
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4 ein
drittes Beispiel mit einer außen
genuteten Zentrierbüchse,
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5 eine
Ansicht der Zentrierbüchse
von 4 und
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6 eine
Ansicht der eingangs beschriebenen, bekannten Anordnung.
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Der
grundsätzliche
Aufbau und die Wirkungsweise von Zweitakt-Großdieselmotoren,
wie sie beispielsweise für
Schiffsantriebe oder dergleichen Verwendung finden können, sind
an sich bekannt. Motoren dieser Art sind üblicherweise, wie 1 zeigt,
als Kreuzkopfmotoren ausgebildet. Jeder Kolben 1 ist dabei
durch eine Kolbenstange 2 mit einem Kreuzkopf 3 verbunden.
Der Kreuzkopf 3 bildet praktisch einen Schlitten, der in
kolbenachsparallelen Führungen
des Maschinengestells auf- und abbewegbar geführt ist. Der Kreuzkopf 3 enthält einen quer
zur Achse der Kolbenstange 2 angeordneten Kreuzkopfzapfen 4,
an welchem die Kolbenstange 2 befestigt ist und auf dem
eine Pleuelstange 5 gelagert ist, die den Kreuzkopf 3 mit
einer im unteren Bereich des Motorgestells angeordneten Kurbelwelle 6 verbindet.
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Die
Kolbenstange 2 ist, wie die weiteren 2 – 4 erkennen
lassen, am unteren Ende mit einem Flansch 7 versehen, der
mit seiner unteren Stirnseite an einer zugeordneten Auflagefläche des Kreuzkopfzapfens 4 anliegt.
Der Flansch 7 besitzt Löcher
zum Durchstecken von Schrauben, mittels derer die Kolbenstange 2 am
Kreuzkopfzapfen 4 festlegbar ist.
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Die
Kolben 1 des vorliegenden Zweitakt-Großdieselmotors sind mit in 1 sichtbaren Kühlkanälen 8 versehen,
durch welche eine Kühlflüssigkeit
in Form von Öl
oder Wasser oder dergleichen durchleitbar ist. Diese Kühlflüssigkeit
wird über
ein im Kreuzkopfzapfen 4 und in der Kolbenstange 2 vorgesehenes
Kanalsystem heran- und weggeführt,
das im Bereich des Kreuzkopfzapfens 4 an eine äußere Zu- bzw.
Ableitung 9 an sich bekannter Art angeschlossen ist.
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Die
Kolbenstange 2 ist, wie die weiteren Figuren erkennen lassen,
zur Bildung gegenläufig durchströmbarer Strömungskanäle 10, 11 mit
einer axialen Durchgangsbohrung 12 versehen, deren Innenraum
durch ein eingesetztes Rohr (im Folgenden Einsatzrohr 13),
dessen Außendurchmesser
kleiner als der Bohrungsdurchmesser der Durchgangsbohrung 12 ist,
in einen innerhalb des Einsatzrohrs 13 sich befindenden,
den Strömungskanal 10 bildenden Zylinderraum
und in einen außerhalb
des Einsatzrohrs 13 sich befindenden, den Strömungskanal 11 bildenden
Ringraum unterteil wird. Der innere Strömungskanal 10 und
der äußere Strömungskanal 11 kommuniziert
jeweils mit einem zugeordneten, kreuzkopfzapfenseitigen Strömungsweg.
Der innere Strömungskanal 10 ist
an eine zentrale, zur Durchgangsbohrung 12 koaxiale Radialbohrung 14 des
Kreuzkopfzapfens 4 angeschlossen. Die Radialbohrung 14 ist
von einen mit dem äußeren Strö mungskanal 11 verbundenen
Strömungsweg
bildenden Bohrungen 15 flankiert.
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Das
Einsatzrohr 13, das mit einem oberen Befestigungsflansch
an der Kolbenstange 2 befestigt ist, ist unterhalb hiervon
zweckmäßig durch
radiale Abstützmittel
in radialer Richtung stabilisiert. Hierzu kann das Einsatzrohr 13 mit
Längsrippen
oder mit sternförmigen
oder mit Durchgangsausnehmungen aufweisenden Ringen versehen sein,
die gleitend an der Wandung der Durchgangsbohrung anliegen. Die gleitende
Anlage ermöglicht
eine Wärmedehnung. Die
Länge des
Einsatzrohrs ist höchstens
gleich wie oder vorzugsweise etwas kleiner als die Länge der Kolbenstange 2 samt
Flansch 7. Hierdurch ist sichergestellt, dass das Einsatzrohr
im montierten Zustand nicht aus der Kolbenstange 2 herausragt.
Dies erleichtert die Handhabung der Kolbenstange als vormontierte
Baugruppe. Diese Maßnahme
ist insbesondere bei Großmotoren
hier vorliegender Art von Vorteil.
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Die
Kolbenstange 2 ist gegenüber dem Kreuzkopfzapfen 4 so
ausgerichtet, dass die im Betrieb auftretenden Kräfte exakt
durch das Zentrum des Kreuzkopfzapfens 4 gehen. Hierzu
findet eine Zentrierbüchse 16 Verwendung,
die einerseits in die zentrale Radialbohrung 14 des Kreuzkopfzapfens 4 und
andererseits in die Durchgangsbohrung 12 der Kolbenstange 2 eingreift.
Zweckmäßig ist
die Zentrierbüchse 16 zumindest
einerseits mittels eines Festsitzes wie einer Schrumpfverbindung
etc. fixiert. Bei Großmotoren
hier vorliegender Art ist die Zentrierbüchse 16 zweckmäßig in den
Kreuzkopfzapfen 4 eingeschrumpft. Die Zentrierbüchse 16 kann
aber auch in die Durchgangsbohrung 12 der Kolbenstange 2 eingeschrumpft
sein. Dies wird vorzugsweise bei kleineren Motoren vorgesehen.
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Der
Außendurchmesser
der Zentrierbüchse 16 entspricht
dem Durchmesser der Durchgangsbohrung 12, die zumindest
unterhalb ihres oberen Endbereichs, vorzugsweise auf ihrer ganzen
Länge stufenlos
ist. Die Durchgangs bohrung 12 ist dementsprechend als stufenlose
Durchgangsbohrung ausgebildet, deren Durchmesser von oben bis unten konstant
ist. Lediglich im Bereich des oberen Endes der Kolbenstange kann
eine kleine Ansenkung für
einen oberen Halteflansch des Einsatzrohrs 13 vorgesehen
sein. Die zentrale Radialbohrung 14 des Kreuzkopfzapfens 4 ist
mit einer der Zentrierbüchse 16 zugeordneten
Stufe versehen, die eine radiale Schulter 17 ergibt. Bei
in die Radialbohrung 14 fest eingesetzter Zentrierbüchse 16 kann
diese mit einer geeigneten Stützfläche an der
Schulter 17 anliegen. Bei den den 2 und 3 zugrundeliegenden Beispielen
ist diese Stützfläche die
untere Stirnseite der Zentrierbüchse 16.
Die radiale Breite der Stufe 17 entspricht hier der Wandstärke der
Zentrierbüchse 16.
Der Innendurchmesser der Zentrierbüchse 16 kann daher
dem Durchmesser der zentralen Radialbohrung 14 des Kreuzkopfzapfens 4 entsprechen, wodurch
eine die Strömung
behindernde Kante vermieden werden kann.
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Das
Einsatzrohr 13 ist im Bereich seines oberen und seines
unteren Endes fixiert. Das obere Ende kann, wie oben schon angedeutet
wurde, mittels eines Halteflansches an der Kolbenstange 2 befestigt
sein. Das untere Ende des Einsatzrohrs 12 ist, wie die 2 – 4 zeigen,
in der Zentrierbüchse 16 gefasst.
Der Außendurchmesser
der Zentrierbüchse 16,
der dem Durchmesser der Durchgangsbohrung 12 entspricht,
ist größer als
der Außendurchmesser
des Einsatzrohrs 13, so dass dieses in die Zentrierbüchse 16 eingreifen
kann. Die Zentrierbüchse 16 besitzt
einen nach oben weisenden Kragen 18, der das untere Ende
des eingreifenden Einsatzrohrs 13 umfasst. Der Kragen 18 wird
durch eine entsprechende Ausdrehung der Zentrierbüchse 16 hergestellt.
Zur Erleichterung der Ausdrehung ist am Fuß des Kragens 18 ein
Freistich 19 vorgesehen. Am Fuß des Kragens 18 ergibt
sich eine radiale Schulter 20. Die radiale Breite der Schulter 20 entspricht
der Wanddicke des Einsatzrohrs 13. Der Innendurchmesser
des Einsatzrohrs 13 kann dementsprechend dem Innendurchmesser
der Zentrierbüchse 16 entsprechen,
deren Innendurchmesser seinerseits mit dem Durchmesser der zentralen messer
der zentralen Radialbohrung 14 des Kreuzkopfzapfens 4 unterhalb
der Stufe 14 übereinstimmt.
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Das
Einsatzrohr 13 braucht, wie schon erwähnt, eine gewisse Bewegungsfreiheit
in axialer Richtung, um Längenänderungen
aufgrund von Temperaturänderungen
ausgleichen zu können.
Bei Ausführungen
mit kreuzkopfseitig oder kolbenstangenseitig fixierter Zentrierbüchse 16,
wie mit in die kreuzkopfzapfenseitige Radialbohrung 14 oder
in die Durchgangsbohrung 12 eingeschrumpfter Zentrierbüchse 16,
besitzt das Einsatzrohr 13 gegenüber der Zentrierbüchse 16 einen
Bewegungsfreiheitsgrad in axialer Richtung. Das Einsatzrohr 13 greift
dementsprechend mit Schiebesitz in den Kragen 18 ein und besitzt
einen entsprechenden Abstand von der Stufe 20. Es wäre natürliche auch
denkbar das untere Ende des Einsatzrohrs 13 mit an der
Stufe 20 anliegender Stirnseite im Kragen 18 der
Zentrierbüchse 16 zu
fixieren, z.B. einzuschrumpfen. In diesem Fall könnte der erforderliche Bewegungsfreiheitsgrad
in axialer Richtung dadurch verwirklicht werden, dass die Zentrierbüchse 16 gegenüber der
Kolbenstange 2 und dem Kreuzkopzapfen 4 in axialer
Richtung verschiebbar ist und axialen Abstand von der Stufe 17 der
Radialbohrung 14 des Kreuzkopfzapfens 4 aufweist.
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Der
innerhalb des Einsatzrohrs 13 verlaufende, innere Strömungskanal 10 kommuniziert über die Bohrung
der hierzu koaxialen Zentrierbüchse 16 mit der
hierzu koaxialen Radialbohrung 14 des Kreuzkopfzapfens 4.
Der den äußeren Strömungskanal 11 bildende
Ringraum zwischen der Außenseite
des Einsatzrohrs 13 und der Wandung der Durchgangsbohrung 12 wird
unten durch die obere Stirnseite der Zentrierbüchse 16 begrenzt.
Zur Verbindung mit den zugeordneten, kreuzkopfzapfenseitigen Bohrungen 15 ist
im unteren Endbereich der Kolbenstange 2 ein geeigneter
Verbindungsweg vorgesehen.
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Die
bisherige Figurenbeschreibung gilt für alle drei erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele gemäß 2–4.
Nachstehend werden die Unterschiede der genannten Beispiele näher erläutert.
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Bei
dem der 2 zugrundeliegenden Beispiel
ist die Kolbenstange 2 zur Bildung des vorstehend erwähnten Verbindungswegs
zwischen dem kolbenstangenseitigen Strömungskanal 11 und
dem zugeordneten, kreuzkopfzapfenseitigen Strömungskanal inform der Bohrungen 15 im
unteren Bereich ihres Flansches 17 mit wenigstens einem
von der auf der Kreuzkopfzapfenseitigen Anlagefläche anliegenden, unteren Stirnseite
des Flansches 7 her eingearbeiteten Schlitz 21 versehen,
der in radialer Richtung von der Durchgangsbohrung ausgehend in
den Flansch 7 eingreift und in axialer Richtung etwas über die
Eingriffstiefe der Zentrierbüchse 16 in
die Durchgangsbohrung 12 hinausgeht. Die axiale Tiefe des Schlitzes 21 ist
auf jeden Fall kleiner als die Höhe
des Flansches 7. Im dargestellten Beispiel sind zwei einander
diametral gegenüberliegende
Schlitze 21 vorgesehen. Diese können durch einen mit Hilfe
eines scheibenförmigen,
mit quer zur Achse der Kolbenstange verlaufender Achse angeordnetes
Fräs- und/oder
Sägewerkzeugs
hergestellt werden. Die Verteilung der Schlitze 21 am Umfang
der Durchgangsbohrung 13 und die Positionierung der Bohrungen 15 auf
einem zur Radialbohrung 13 konzentrischen Teilkreis ist
gleich, so dass sich eine Strömungsverbindung
ergibt.
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Bei
dem dem der 3 zugrundeliegenden Beispiel
enthält
der Verbindungsweg zwischen dem äußeren, kolbenstangenseitigen
Strömungskanal 11 und
den kreuzkopfzapfenseitigen Bohrungen 15 wenigstens ein,
hier zwei einander diametral gegenüberliegende, rechtwinklige
Bohrungssysteme 22. Der horizontale Bohrungsast kann dabei
jeweils mittels eines Pfropfens nach außen verschlossen sein. Auch hier
ist die axiale Tiefe kleiner als die Höhe des Flansches 7.
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Bei
dem der 4 zugrundeliegenden Ausführungsbeispiel,
das eine besonders zu bevorzugende Ausführung darstellt, erfolgt die
Verbindung des den äußeren Strömungskanal 11 bildenden
Ringraums mit den zugeordneten, kreuzkopfzapfenseitigen Bohrungen 15 durch
im Bereich des Außenumfangs
der Zentrierbüchse 16 vorgesehene
Nuten 23. Zweckmäßig ist
die Zentrierbüchse 16 hier,
wie am besten aus 5 erkennbar ist, mit mehreren,
umfangsseitigen Nuten 23 versehen, die durch Zwischenstege 24 begrenzt
sind, deren radial äußere Seite
die Mantelfläche
der Zentrierbüchse 16 bildet, mit
welcher diese an den zugeordneten Wandungen der Durchgangsbohrung 12 bzw.
der Radialbohrung 14 anliegt. Die Stege 24 gewährleisten
dementsprechend eine zuverlässige
Stabilisierung der Zentrierbüchse 16.
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Diese
ist hier, wie 5 weiter zeigt, unterhalb des
die Nuten 23 und Stege 24 enthaltenden Bereichs
mit einer äußeren, radialen
Abstufung versehen, so dass sich eine auf der oben bereits erwähnten, im
Bereich der Radialbohrung 14 vorgesehenen Schulter zur
Anlage bringbare Stützfläche 25 und
ein über
diese nach unten vorspringender Bund 26 ergeben, der in
die zentrale Radialbohrung 14 des Kreuzkopfzapfens 4 eingreift.
Hierdurch wird eine radiale Führung
erreicht, wodurch die Stege 24 entlastet werden. Die kreuzkopfzapfenseitigen
Bohrungen 15 sind hier als zur Zentrierbüchse 16 hin
geneigte Schrägbohrungen
ausgebildet, die mit jeweils wenigstens einer zugeordneten Nut 23 kommunizieren. An
die Bohrungen 15 anschließende Ausnehmungen des Flausches 7 der
Kolbenstange 2 sind hier nicht erforderlich.