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Kolben für Brennkraftmaschinen Bei den modernen Brennkraftmaschinen
werden die verlangten Leistungen bei immer kleiner werdendem Hubvolumen durch entsprechend
erhöhte Drehzahl und Kraftstoffzufuhr erzielt.
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Bei den dabei erreichten Kolbengeschwindigkeiten müssen die Kolben
leicht sein und werden deshalb aus einer Aluminiumlegierung hergestellt. Aluminium
bzw. eine Aluminiumlegierung hat auch den Vorteil, daß es bzw. sie eine sehr gute
Wärmeleitfähigkeit besitzt. Bei den heute bei Brennkraftmaschinen erreichten Temperaturen,
insbesondere bei den großen Motoren, ist jedoch die Haltbarkeit der oberen Kolbenringnuten
begrenzt. Diese Nuten verformen sich, und ihre Wände unterliegen starkem Verschleiß.
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Um den Verschleiß der Kolbenringnuten herabzusetzen, ist es bekannt,
diese Kolbenringnuten in einem besonderen Ringträger anzuordnen, der in den Kolbenkopf
eingegossen wird. Ferner ist es bekannt, zur besseren Ableitung der Wärme den Kolben
mit einem Kühlmittel zu kühlen. Hierfür sind zahlreiche Anordnungen bekannt. Bei
den meisten wird als Kühlmittel das Motorschmieröl verwendet. Das Öl wird aus dem
Schmiermittelkreislauf abgezweigt und dann zum Kolben geleitet, von wo es, nachdem
es Wärme vom Kolben aufgenommen hat, in die Kurbelwanne zurückfließt.
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Bei einer bekannten Gattung solcher Kolbenkühlungen ist im Inneren
des Kolbenkörpers eine Kammer vorgesehen. Ferner ist ein Kolben bekannt, bei welchem
in die Kolbenkammer eine Kühlschlange eingegossen ist. Bei einem Kolben, bei welchem
die Kolbenringe in einem besonderen Ringträger angeordnet sind, ist der Ringträger
auf den der Kolbenstirnfläche benachbarten Teil des Kolbens aufgeschrumpft und in
der benachbarten Umfangsfläche des Kolbenkörpers selber ein Kühlmittelkanal eingearbeitet.
Hier ist der Querschnitt des Kühlmittelkanals nur auf einen Teil von dem Ringträger
begrenzt. Außerdem ist bei der Schrumpfverbindung keine gute Wärmeleitfähigkeit
von dem Ringträger auf den Kolben sichergestellt.
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Außerdem ist ein Kolben bekannt, der aus zwei durch Schrauben zusammengehaltenen
Teilen besteht, zwischen denen am Umfang der Kolbenringträger eingeklemmt ist. Im
Ringträger selber sind vom Kühlöl durchflossene Kanäle vorgesehen, die parallel
zur Längsachse des Kolbens verlaufen und gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnet
sind. Bei diesem Aufbau des Kolbens muß praktisch die ganze Wärme des Ringträgers
allein durch das Kühlöl abgeführt werden, da der Wärmeübergang an den aufeinandergeklemmten
Flächen verhältnismäßig schlecht ist und dort sogar Wärmestauungen auftreten können.
Die Anordnung der Kühlkanäle sichert auch keine absolut gleichmäßige Verteilung
des Kühlöls über den ganzen Umfang. Bei dem Kolben für Brennkraftmaschinen nach
der Erfindung ist der Ringträger, wie an sich bekannt, in den Kolben eingegossen
und in diesem Ringträger eine ringförmige Ölumlaufleitung vorgesehen.
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Die Kühlmittelzu- und -ableitungen zu dem Kühler sind vorteilhaft
in Ansätzen des Ringträgers angeordnet, die sich radial nach innen erstrecken, wobei
mindestens ein Ansatz an dem der Kolbenstirnfläche benachbarten Ende des Ringträgers
angeordnet sein soll, um besonders diese Partie des Ringträgers zu kühlen.
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Zweckmäßigerweise sind die in den Ansätzen endenden Ölzu- und -ableitungsrohre
in den Kolbenkörper mit eingegossen.
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Bei der Ausbildung des Brennkraftmaschinenkolbens nach der Erfindung
wird eine Kühlung der Kolbenringpartie erreicht, wie sie mit keiner der bekannten
Anordnungen möglich ist. Dadurch ist auch die Standfestigkeit der Ringpartie des
Kolbens besser als bei den bekannten Kolben.
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Eine weitere Verbesserung kann erzielt werden, wenn der in den Kolben
eingegossene Ringträger so gestaltet wird, daß ein Teil des die Ölumlaufleitung
umschließenden Materials einen Teil der Kolbenstirnfläche bildet. Bei dieser Ausbildung
wird ein großer Teil der an der Kolbenstirnfläche in den Kolben eingeleiteten Wärme,
ehe er überhaupt zur Kolbenringpartie gelangen kann, durch das Kühlöl abgeführt.
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Die Erfindung bezieht sich auch auf ein neues Verfahren zur Herstellung
eines Kolbens mit der neuen Gestaltung der Erfindung. Wie bekannt, wird zuerst
der
Ringträger gegossen und dann um diesen bereits gegossenen Ringträger in einem zweiten
Gießvorgang der eigentliche Kolbenkörper gegossen. Nach der Erfindung bedient man
sich der Mündungen der Ölumlaufleitung in dem Ringträger, um diesen in der Form
zu halten, in welcher der Kolben gegossen wird, und zwar mit Hilfe von in diese
Mündungen eingeführten Rohren oder hohlen Dornen, um die Ableitung der im Augenblick
des Gießens des Kolbens in der ringförmigen Ölumlaufleitung vorhandenen Luft zu
ermöä lichen. Die Rohre bzw. hohlen Dorne werden entweder nach dem Gießen herausgezogen
oder können auch in dem Kolbenkörper als Zu- und Ableitungsrohre eingegossen bleiben.
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Die Erfindung läßt sich besonders auf Kolben aus Aluminium anwenden,
kann jedoch selbstverständlich auch auf Kolben angewendet werden, die aus anderen
Metallen bestehen.
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Die Erfindung wird an Hand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen
näher erläutert. In den Zeichnungen ist Fig. 1 eine Ausführungsart des Kolbens nach
der Erfindung im senkrechten Schnitt nach b-c-d der Fig. 2, Fig. 2 ein horizontaler
Schnitt nach d-a der Fig. 1, Fig_ 3 ein Schnitt nach b-c-d der Fig. 2 der in den
Kolben der Fig. 1 eingebauten Leitung, Fig. 4 eine Ausführungsvariante einer Leitung
nach der Erfindung im Schnitt, Fig. 5 eine Ausführungsvariante der Erfindung im
axialen Schnitt, Fig.6 ein Schnitt durch den Kolben der Fig.5 nach a-ca der Fig.
5, Fig.7 eine andere Variante der Ausführung der Erfindung im axialen Schnitt, Fig.
8 eine Ansicht der Leitung der Fig. 7 in Draufsicht.
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Aus den Fig. 1 bis 3 ist ersichtlich, daß der Kolben nach der Erfindung
aus einem Kolbenkörper 1 besteht, in dessen Kopf eine ölumlaufleitung 2 .eingebaut
ist, wobei diese Leitung seitlich an ihrer Außenseite fortgeführt ist, um bei 3
einen Kolbenringträger für den oberen Kolbenring des Kolbens zu bilden.
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Gemäß der Erfindung besteht die Leitung 2 vorzugsweise aus Aluminiumbronze
und gewährleistet auf diese Weise eine wirksame Kühlung des Kolbenkopfes und insbesondere
des Abschnittes des ersten Kolbenringes, der am- stärksten beansprucht wird.
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Das Öl wird durch den Kanal 4 in der Schubstange 5 zugeführt, tritt
in den Kanal 6 im Kolben über und durch die Ansätze 7 in die Leitung 2 ein.
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Bei dem dargestellten Beispiel erfolgt der Ölrückfluß auf die gleiche
Weise bis zu dem in der Schubstange eingearbeiteten Kanal B.
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Man kann das Öl auch unmittelbar aus dem Kolben abfließen lassen,
z. B:, indem man in der Ölrückleitung eine Bohrung 9 freigibt.
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Wie in Fig. 3 dargestellt, ist die Leitung nach der Erfindung ringförmig
und weist eine Zähnung 10 auf, durch die ihre Verankerung in der Masse des Kolbens
gesichert wird. Man kann jedoch, wie in Fig.4 dargestellt, eine glatte Leitung ohne
Verankerungseinrichtung vorsehen.
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In dem in Fig. 1 bis 3 dargestellten Falle weist die Leitung 2 nur
eine einzige, kolbenringtragende Nut 3 auf.
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In dem in Fig. 4 gezeigten Falle sind zwei kolbenringtragende Nuten
3 und 13 vorgesehen.
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Gemäß der Erfindung wird- das Gießen folgendermaßen vorgenommen: --
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a) Der zum Gießen der Leitung 2 dienende Kern wird vermittels Dornen,
welche die Stellung der Kanäle 6 der Fig. 1 und 2 einnehmen, eingesetzt; b) nachdem
die Leitung 2 auf diese Weise gegossen wurde, befreit man sie von ihrem Kern und
setzt sie mit Hilfe von zwei hohlen Dornen, die ebenfalls die Stellung der Kanäle
6 einnehmen, in die Kolbengießform ein, wobei diese Dornen zugleich zum Festhalten
der Leitung 2 in der Gießform und zum Ableiten der in der Leitung befindlichen Luft
dienen.
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Gemäß einer nicht dargestellten Variante werden die hohlen Dornen
durch Leitungen aus einer geeigneten Legierung .ersetzt, welche nach dem Gießen
in der Masse des Kolbens versenkt bleiben.
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Hieraus geht hervor; daß die Vorrichtung nach der Erfindung nicht
nur von großer Wirksamkeit für das Halten des Kolbens, sondern auch von großer Einfachheit
bei der praktischen Herstellung ist.
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Der Kolben gemäß der Erfindung gestattet es, den der größten Hitze
ausgesetzten Kolbenring in besonders hoher Lage anzuordnen. Dieser Vorteil ergibt
sich aus der guten Kühlung dieses Kolbenringes.
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Auf diese Weise wird der sich am oberen Teil des Kolbens zwischen
dem Oberteil des Kopfes und dem ersten Kolbenring bildende Kranz von Verbrennungsrückstand
stark vermindert. Es ist bekannt, daß dieser Rückstand besonders zerstörend auf
die Zylinderbuchse wirkt.
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Außer diesem Vorteil gestattet es die Erfindung, das Montagespiel
der ersten Kolbenringe zu verringern und somit die Abnutzungskurve der Nuten und
Kolbenringe beträchtlich zu verbessern.
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Schließlich kann auch das Montagespiel des Kolbens selbst vermindert
werden, und dies erlaubt es, das »Kippen« des Kolbens zu vermeiden, das auftreten
kann, wenn derselbe nicht die richtige Arbeitstemperatur hat, und nachdem der Nachteil
des »Kippens« somit ausgeschaltet ist, indem das Montagespiel des Kolbens verringert
wurde, so kann die Länge des letzteren im gleichen Maße verringert werden.
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Die Erfindung gestattet, außer dem Kolbenringabschnitt auch gewisse
andere Teile des Kolbens zu verstärken, die besonders harten Arbeitsbedingungen
unterworfen sind, insbesondere die vom Oberteil des Kolbens begrenzten Wandungen
der Brennkammer.
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Fig. 5 und 6 sind ein Beispiel hierfür. Der in Fig. 5 dargestellte
Kolben 1 weist sodann eine Leitung 2 auf, die nicht nur bei 3 zur Oberfläche des
Kolbens austritt, um die Kolbenringe aufzunehmen, sondern auch bei 10 zum Kamm der
Brennkammer, die sie auf diese Weise dank ihres Ölumlaufes vor Überhitzung, Verformung,
Rissen und vor allem Brüchen schützt, welche das Ablösen von Metallstücken bewirken,
die ihrerseits die schwersten Schäden bei den Motoren hervorrufen.
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Wie aus Fig. 5 und 6 zu ersehen ist, ist die Leitung 2 bei dieser
Variante in zwei ringförmige, durch Kanäle 11 miteinander verbundene Durchgänge
2 und 10 geteilt. Die übrigen Elemente der Erfindung sind die gleichen wie in den
vorhergehenden Figuren.
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In dem in Fig. 7 und 8 dargestellten Falle ist eine ganze Scheibe
12, die den mittleren Teil der Kolbenoberfläche einnimmt, mit dem kolbenringtragenden
Teil 3 der Leitung 2 aus den gleichen Gründen und wegen derselben Vorteile wie in
dem in Fig. 5 und 6 dargestellten Fall verbunden.
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Die Erfindung umfaßt als neues industrielles Erzeugnis nicht nur die
oben beschriebenen Kolben, son-
Bern auch die zum Einbau in diese
Kolben bestimmten Leitungen gemäß der Erfindung.