DE1141494B

DE1141494B - Gekuehlter Kolben fuer Brennkraftmaschinen, vorzugsweise aus Leichtmetall

Info

Publication number: DE1141494B
Application number: DESCH27616A
Authority: DE
Inventors: Paul Wittstock
Original assignee: Karl Schmidt GmbH
Current assignee: Karl Schmidt GmbH
Priority date: 1960-03-19
Filing date: 1960-03-19
Publication date: 1962-12-20

Description

Gekühlter Kolben für Brennkraftmaschinen, vorzugsweise aus Leichtmetall Gegenstand der Erfindung ist ein vorzugsweise aus Leichtmetall bestehender Kolben für Brennkraftmaschinen, dessen Kopf insbesondere im Bereich hinter der Ringpartie gekühlt ist. Die Anordnung von Kühleinrichtungen ist bei thermisch hochbeaufschlagten Kolben nötig, um das Auftreten zu hoher Betriebstemperaturen in den Ringnuten zu verhindern.
Die zur Aufnahme bzw. zum Durchfließen des Kühlmittels dienenden Kühlsysteme bestehen in der Regel aus einem ringförmigen Hohlkörper mit je einer Zulauf- und Abflußleitung, die beim Gießen des Kolbens als vorgefertigte Teile mit eingegossen werden. Der Hohlkörper kann verschiedenartig gestaltet und bemessen sein. Bevorzugt ist ein spiralförmig gewundenes Rohr, das zwei oder mehrere Windungslagen aufweist und hinter, mitunter auch oberhalb der Nuten für die Verdichtungsringe im Kolbenkopf verläuft.
Eine solche vom Kühlmittel durchflossene Rohrleitung dient vorteilhaft je nach Bedarf auch zum Wärmeentzug aus dem Kolbenboden allein oder gleichzeitig aus anderen Kolbenteilen.
Es ist weiterhin auch schon bekannt, das Kühlmittelrohr so zu biegen, daß es einen konzentrischen Windungsverlauf ausführt. Eine derartige Kühleinrichtung ist nur in einer Ebene brauchbar und wurde bisher auch nur zur Kühlung des Kolbenkopfes verwendet. Sie hat gegenüber einer Kühlschlange den Nachteil einer wesentlichen geringeren Kühlwirkung innerhalb der Ringnutenpartie.
Der Einbau von Kühlschlangenrohren hängt nun aber von der jeweiligen zur Verfügung stehenden Größe des Unterbringungsraumes im Kolben und damit auch von dessen Durchmesser und Wanddicke ab. So ist es nicht möglich, ein ausreichend dickes Kühlrohr, das mehr als zwei- bis dreimal gewunden ist, in einem Kolben unterzubringen, dessen Durchmesser unter 175 mm liegt. Eine Unterbringung solcher Kühleinrichtungen im Kolbenkopf derartig kleiner Kolben hinter den Nuten der Ringpartie setzt somit zwingend eine Erhöhung der Wanddicke in diesem Bereich voraus, weil ein Rohrende der Kühlschlange von der obersten Windung aus an den darunterliegenden Windungen vorbei, also auf der Innenseite der Kühlschlange entlang, nach unten in das Kolbeninnere bzw. aus dem Kolben herausgeführt werden muß, um als Zu- oder Ablauf für das Kühlmittel zur obersten Windung zu dienen. Hierdurch ist das Mindestmaß für die Kolbenwanddicke im Bereich der Kühlschlange von vornherein vorgeschrieben. Die Wand muß mehr als das zweifache des Rohrdurchmessers dick sein. Damit ist aber das konstruktive Problem eines möglichst leichten Kolbens wieder aufgeworfen. Einerseits ist die Wanddicke durch die Größe der thermischen Beanspruchung als ein Mindestmaß vorgeschrieben, während andererseits die vorerwähnte Raumbeanspruchung der Kühlrohrschlange mit ihren Zuführungen und Ableitungen eine Überschreitung dieser Mindestwanddicke fordert.
Die Aufgabe, mit der sich die Erfindung befaßt, besteht somit darin, den vorerwähnten Schwierigkeiten zu begegnen und der Forderung gerecht zu werden, in einer auf Grund der mechanischen Beanspruchung gegebenen Wanddicke eine Kühlrohrschlange mit möglichst großer, der thermischen Beanspruchung entsprechenden Kühlfläche unterzubringen.
Erreicht ist dies dadurch, daß die Windungen des kühlmittelführenden Rohrsystems in Ebenen parallel zueinander und senkrecht zur Kolbenachse verlaufen und daß diese Kühlmittelleitung aus einem einzigen Rohr besteht, das so gebogen ist, daß die Windungen und die parallel zur Kolbenachse verlaufenden, der Kühlmittelzu- und -ableitung dienenden Rohrenden innerhalb der Wand eines zur Kolbenachse koaxialen Hohlzylinders liegen, deren Dicke etwa dem Rohrdurchmesser entspricht.
Die Abbildungen veranschaulichen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Abb. 1 zeigt in Ansicht die Abwicklung eines gebogenen Rohres, die gleichzeitig das Vorstadium der Fertigung darstellt; Abb.2 ist der Grundriß eines fertig gebogenen Kühlrohres; Abb. 3 läßt die Anordnung in einem Kolben erkennen.
Ein Rohra ist entsprechend der Abb.1 so gebogen, daß die zueinander parallel verlaufenden Rohrstränge in einer Ebene liegen. Das gewundene Rohr verläuft dabei zunächst in der Ebene so, daß die Länge der beiden Rohrstränge genau dem Teilkreis der fertigen Rohrwindung entspricht. In der untersten Rohrwindung des unteren Stranges sind die beiden Rohrenden b und c bis zu ihren Krümmungen wieder zusammengeführt. Sie verlaufen von hier aus dann nach unten so, daß sie einen bestimmten Abstand voneinander erhalten. Der letztere wird so bemessen, daß die Enden entweder an beiden Seiten der Kolbenbolzenbohrung eines Auges vorbeigehen oder aber daß ein Rohrende durch ein Kolbenbolzenauge und das andere durch das zweite Kolbenbolzenauge seitlich der Bohrung geführt werden kann. Das Rohr nach Abb. 1 wird dann als ganzes kreisförmig gebogen, wie das z. B. in der Abb. 2 dargestellt ist. Die einzelnen Windungen stoßen dabei mit den sie verbindenden haarnadelartigen Krümmungen zusammen bzw. diese Krümmungen liegen einander an der Stelle e gegenüber. In dieser Form wird das Rohr entsprechend den Angaben in der Abb. 3 in den Kolben eingegossen.
Entsprechend der verschieden starken Erwärmung des Kolbenschaftes in Brennkraftmaschinen, gemäß der unterhalb des Auslaßventils d eine stärkere Erwärmung vorhanden ist, wird die Rohrausbildung für das Kühlsystem so vorgesehen, daß das zuströmende kalte Kühlmittel zunächst unterhalb dieses Ventils einströmt, in einem kurzen Teilstück waagrecht unterhalb des heißen Bereiches entlanggeführt und dann um 180° umgelenkt wird. Auf diese Weise gelingt es, dank des mehrmaligen Kühlmitteldurchgangs, diesen Bereich besonders intensiv zu kühlen, wie dies aus dem Verlauf des gewundenen Rohres nach Abb. 3 zu entnehmen ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Gekühlter Kolben für Brennkraftmaschinen, vorzugsweise aus Leichtmetall, mit einer eingegossenen rohrförmigen Kühlmittelleitung, die in zwei oder mehreren Windungen übereinander im Bereich hinter und oberhalb der Ringpartie angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen in Ebenen parallel zueinander und senkrecht zur Kolbenachse verlaufen und daß die Kühlmittelleitung aus einem einzigen Rohr besteht, das so gebogen ist, daß die Windungen und die parallel zur Kolbenachse verlaufenden, der Kühlmittelzu- und -ableitung dienenden Rohrenden innerhalb der Wand eines zur Kolbenachse koaxialen Hohlzylinders liegen, deren Dicke etwa dem Rohrdurchmesser entspricht.
2. Gekühlter Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Windungen verbindende haarnadelförmige Krümmungen zusammenstoßen bzw. einander gegenüberliegen.
3. Gekühlter Kolben nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch die Biegung des Rohres derart, daß das zuströmende kalte Kühlmittel unterhalb der heißesten Zone in die Windungen gelangt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 299 042; deutsche Auslegeschrift Nr. 1002172; österreichische Patentschrift Nr. 178 237; schweizerische Patentschrift Nr. 238 210; USA.-Patentschriften Nr. 2138 525, 2 369 906.