DE1525581C3 - Hubkolben für Wärmekraftmaschinen - Google Patents
Hubkolben für WärmekraftmaschinenInfo
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- DE1525581C3 DE1525581C3 DE1966C0041079 DEC0041079A DE1525581C3 DE 1525581 C3 DE1525581 C3 DE 1525581C3 DE 1966C0041079 DE1966C0041079 DE 1966C0041079 DE C0041079 A DEC0041079 A DE C0041079A DE 1525581 C3 DE1525581 C3 DE 1525581C3
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J1/00—Pistons; Trunk pistons; Plungers
- F16J1/001—One-piece pistons
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Description
Die Erfindung betrifft einen Hubkolben, insbesondere aus Leichtmetall, für Wärmekraftmaschinen mit hoher
thermischer Belastung, der entsprechend der FR-PS 12 09 789 besteht aus einem die Kolbenringe aufnehmenden
Kolbenkopf, ferner aus Lageraugen für den Kolbenbolzen und aus einem vom Kolbenkopf und
dessen die Kolbenringe aufnehmenden Teil sowie von den Kolbenbolzen-Lageraugen gesondertem Kolbenmantel,
welcher in derjenigen Zone einen Ausgleichsschlitz aufweist, die der Zone maximaler Drücke des
Kolbens auf den Zylinder gegenüberliegt, sowie aus zwei Stützwänden, welche den Kolbenkopf mit den
Kolbenbolzen-Lageraugen und dem Kolbenmantel verbinden und sich auf der einen und der anderen Seite
derjenigen Mittelebene des Kolbens befinden, welche senkrecht zur Achse der Kolbenbolzen-Lageraugen
verläuft.
Bei diesem bekannten Kolben verlaufen die Stützwände parallel zueinander. Daraus ergibt sich bei hoher
thermischer Belastung des Kolbens, die eine Ausdehnung der Stützwände bewirkt, eine Anlage des
Kolbenmantels gegen den Zylinder im wesentlichen entlang von vier Erzeugenden des Kolbenmantels. Eine
derartige Anlage an vier geraden Linien ist im Hinblick auf die Stabilität unnötig und erhöht die Gefahr des
Fressens des Kolbens. Außerdem läßt sich eine derartige Vierlinienanlage nur schwer erreichen, wenn
man überlegt, daß ein Kolbenmantel, der sich an vier am Umfang mit großem Abstand voneinander angeordneten
Linien abstützt, verhältnismäßig wenig biegsam ist.
Aus der GB-PS 4 60 321 und aus der FR-PS 8 43 389 sind auch Kolben bekannt, bei denen die Stützwände
von den Kolbenbolzenaugen zum Kolbenmantel hin nach beiden Seiten konvergieren, so daß sich eine
Abstützung des Kolbenmantels etwa entlang von zwei einander gegenüberliegenden Erzeugenden ergibt, die
sich in einer Ebene quer zur Kolbenbolzenachse befinden. In diesem Falle bleibt zwar der Kolbenmantel
wesentlich biegsamer. Es ergeben sich dabei jedoch im wesentlichen dieselben Nachteile wie bei den ebenfalls
bekannten Kolben mit elliptischem Querschnitt. Diese Nachteile bestehen darin, daß eine Berührung des
Kolbenmantels mit dem Zylinder nur in einer senkrecht
ίο zur Schwenkachse des Kolbens liegenden Ebene
gewährleistet ist. Dies ergibt weder eine stabile Abstützung des Kolbens noch einen guten Wärmeübergang
vom Kolbenmantel an die Zylinderwandung.
Bei einem weiteren aus der US-PS 14 99 073 bekannten Kolben wird dem Problem der Biegsamkeit des Kolbens dadurch begegnet, daß der Kolbenmantel in zwei verhältnismäßig kurze, mit Durchbrüchen versehene und voneinander getrennte pantoffelartige Laufschuhe unterschiedlicher Umfangserstreckung aufgeteilt ist. Auch dieser Kolben ist aber für hohe Wärmebelastungen nicht geeignet, weil die Wärmeabfuhr nur über die beiden mit teilweise geschlossenen, gegensinnig angeordneten Ausgleichsschlitzen versehenen Laufschuhe erfolgt und überdies die nur geringfügig konvergierenden Stützwände wiederum eine Abstützung des Kolbenmantels entlang von vier Linien bewirken.
Bei einem weiteren aus der US-PS 14 99 073 bekannten Kolben wird dem Problem der Biegsamkeit des Kolbens dadurch begegnet, daß der Kolbenmantel in zwei verhältnismäßig kurze, mit Durchbrüchen versehene und voneinander getrennte pantoffelartige Laufschuhe unterschiedlicher Umfangserstreckung aufgeteilt ist. Auch dieser Kolben ist aber für hohe Wärmebelastungen nicht geeignet, weil die Wärmeabfuhr nur über die beiden mit teilweise geschlossenen, gegensinnig angeordneten Ausgleichsschlitzen versehenen Laufschuhe erfolgt und überdies die nur geringfügig konvergierenden Stützwände wiederum eine Abstützung des Kolbenmantels entlang von vier Linien bewirken.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, einen Kolben mit Stützwänden so auszubilden, daß er auch bei
hohen thermischen Belastungen und großen Kolbengeschwindigkeiten gute Laufeigenschaften aufweist, d. h.
bei stabiler Abstützung im Zylinder infolge hoher Biegsamkeit und gutem Wärmeübergang von Mantel
zur Zylinderwandung nicht zum Fressen neigt.
Ausgehend von einem Hubkolben der eingangs definierten Art wird zur Lösung dieser Aufgabe
erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Stützwände auf eine Erzeugende des Kolbenmantels hin konvergieren,
in deren Bereich im Betrieb die maximalen Drücke des Kolbens auf den Zylinder auftreten, und auf der
gegenüberliegenden anderen Seite des Kolbens an weit voneinanderliegenden Erzeugenden in den Kolbenmantel
übergehen.
Vorteilhaft weisen die Stützwände wenigstens über einen Teil ihrer Länge ein kurvenförmiges Profil auf, wodurch ihre Nachgiebigkeit verbessert wird.
Vorteilhaft weisen die Stützwände wenigstens über einen Teil ihrer Länge ein kurvenförmiges Profil auf, wodurch ihre Nachgiebigkeit verbessert wird.
Auf diese Weise ergibt sich bei einer Wärmedehnung der Stützwände eine Drei-Linien-Abstützung des
Kolbens innerhalb des Zylinders. Der Kolbenmantel
so kann sich deshalb verhältnismäßig leicht verformen und an die zugeordnete Zylinderwandung anlegen. Ein
derart ausgebildeter Kolben erhält eine gute isostatische Abstützung, ist stabil und hat geringe Neigung zum
Fressen. Die gut verteilten Berührungszonen erleichtern die Ableitung der Wärme vom Kolbenmantel in den
Zylinder.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und schematischen Zeichnungen
näher erläutert. '
In den Zeichnungen zeigt
F i g. 1 einen Axialschnitt durch einen Kolben nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung senkrecht
zur Achse des Kolbenbolzens,
Fig. 2 einen Querschnitt gemäß Linie II-IIder Fig. 1,
Fig.3 einen Querschnitt gemäß Linie I1I-III der Fig. 1,
F i g. 4 einen der F i g. 2 entsprechenden Querschnitt bei einem Kolben nach einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung.
Der in F i g. 1 bis 3 dargestellte Kolben 1 läuft in einem Zylinder 2 und umfaßt einen die Kolbenringe
tragenden Kolbenkopf 3, einen Kolbenmantel 4 und zwei Lageraugen 5 für den Kolbenbolzen, die einzeln in
F i g. 2 zu erkennen sind. Die Teile 3,4 und 5 sind durch Stützwände 9 miteinander verbunden, die weiter unten
noch beschrieben sind, und die Gesamtheit bildet ein einziges Gußstück.
Der Kolbenkopf 3 weist einen Kolbenboden 6 und einen Ringbereich 7 auf, in dem Nuten 8 zur Aufnahme
von Kolbenringen vorgesehen sind.
Die dünnen Stützwände 9 schließen sich jeweils mit ihren inneren Endflächen an die inneren Endflächen iO
der beiden Lageraugen 5 an und verbinden diese mit den inneren Endflächen des Kolbenmantels 4 und den Teilen
6 und 7 des Kolbenkopfes 3.
Gemäß Fig. 3 ist andererseits jedes der beiden Lageraugen 5 mit der inneren Stirnfläche des Kolbenbodens
6 mit Hilfe von zwei Rippen 11 und 12 verbunden, welche an eine betreffende Stützwand 9 anschließen
und an der dem Kolbenboden 6 gegenüberliegenden S^ Lagerstirnfläche ihren Ausgang nehmen. Die Rippen 11
und 12 sind jeweils an ihren Außenkanten durch einen Teil 13 miteinander verbunden, welcher zum Teil durch
einen Sektor des Kolbenkopfringes 7 gebildet ist und zu einem anderen Teil durch eine Verlängerung dieses
Sektors, welche an die äußere Endfläche des entsprechenden Lagerauges 5 anschließt.
Man erkennt aus den F i g. 1 und 3, daß jede Stützwand 9 eine Ausnehmung 14 aufweist, die in dem
durch die beiden Rippen 11 und 12, die innere Stirnfläche des Kolbenbodens 6 und die gegenüber dem
Kolbenboden 6 liegende Stirnfläche des Lagerauges begrenzten Raum liegt.
F i g. 2 läßt erkennen, daß der Kolbenmantel 4 eine Ausnehmung 15 an der Stelle jedes Lagerauges 5
aufweist, so daß der Kolbenmantel in einem Bereich seiner Höhe in zwei Sektoren 16 und 17 unterteilt ist.
Man sieht außerdem, daß die beiden Stützwände 9, die schräg gegeneinander angeordnet sind, den Sektor 16 in
der Nähe ein und derselben Erzeugenden 18 miteinander verbinden, während die Stützwände an dem
jj> gegenüberliegenden Sektor 17 längs zweier weit
voneinander entfernter Erzeugenden 19 und 20 in den Kolbenmantel übergehen.
Der Sektor 17 weist über seine gesamte Höhe einen Ausgleichsschlitz 21 auf. Außerdem ist die Kante TA des
Ringbereichs 7 des Kolbenkopfes 3, die sich gegenüber dem Kolbenmantel befindet, ohne irgendeine direkte
Verbindung mit den Stützwänden 9, die zu dem Zweck tiefe Einschnitte aufweisen, welche sich an der Seite des
Sektors 17 in große Ausnehmungen 22 fortsetzen.
Der Kolbenkopf 3 und der Kolbenmantel 4 sind im wesentlichen zylindrischer Form, wobei der Durchmesser
des Kolbenkopfes gewöhnlich geringer ist als derjenige des Kolbenmantels.
Eine derartige Ausführungsform ermöglicht eine freie Ausdehnung des Kolbenkopfes unabhängig von dem
Kolbenmantel, wenn die einzige Verbindung zwischen diesen beiden Teilen durch die dünnen Stützwände 9
gebildet ist. Jede Stützwand 9, die durch die Ausnehmungen 14 unterbrochen ist und mit den Teilen 11, 12
und 13 in Verbindung steht, bildet mit diesen einen dünnen gewellten Flügel, der deformierbar ist und dem
Ringbereich 7, der einfach am Umfang bearbeitet ist,
ίο ermöglicht, seine kreiszylindrische Form unter der
Wirkung von Dehnungen beizubehalten. Die Stützwände 9 sind zwar dünn, ermöglichen jedoch einen direkten
Wärmeübergang von dem Kolbenkopf an den Kolbenmantel und an die Zylinderwandung und tragen dazu
bei, die auf den Kolbenkopf 3 ausgeübten Druckkräfte auf die Lageraugen 5 zu übertragen. Die Teile 11,12 und
13 sind in Querrichtung hinreichend deformierbar, so daß eine freie Dehnung des Kolbenkopfes 3 möglich ist,
und stellen andererseits in axialer Richtung des Kolbens eine äußerst feste Verbindung zwischen dem Kolbenkopf
3 und den Lageraugen 5 dar. Die Stützwände 9 geben dem Kolbenmantel 4 eine äußerst stabile
Dreizonenabstützung. Die Konvergenz der Stützwände 9 in dem Sektor 16 ermöglicht, daß dieser sich frei
dehnen kann, und zwar als Folge der gemeinsamen Erzeugenden der Berührungsstelle, die beiden Stützwänden
gemeinsam ist, wobei trotzdem eine robuste Tragwirkung erreicht ist. Der Sektor 16 ist also
besonders gut ausgebildet für die beim Arbeitshub gegen den Zylinder gedrückte Kolbenseite aufgrund der
Neigung der Pleuelstange. Die relativ schwache Ausbildung des Sektors 17, die sich durch die an dieser
Stelle im Abstand voneinander liegenden Stützwände 9 ergibt, gewährleistet, daß dieser Sektor in wünschenswerter
Weise nachgiebig ist, insbesondere in bezug auf die Neigung zu Schwenkbewegungen des Kolbens. Die
freie Dehnungsmöglichkeit des Sektors ist durch Ausnehmungen 22 begünstigt, welche an den Stützwänden
9 angebracht sind, sowie durch den Ausgleichsschlitz 21. Durch die schräge Anordnung der Stützwände
9, durch die Ausnehmungen 22 und den Ausgleichsschlitz 21 wird erreicht, daß der Kolbenmantel selbst
unter Temperatureinfluß seine kreiszylindrische Gestalt beibehält.
In F i g. 4 ist eine abgeänderte Ausführungsform des Kolbens dargestellt. Es braucht nicht im einzelnen auf
diejenigen Teile eingegangen zu werden, die denjenigen nach den F i g. 1 bis 3 entsprechen, da diese durch
gleiche Bezugsziffern gekennzeichnet sind.
Man erkennt, daß in diesem Fall die Stützwände 9 nur mit ihren an den Sektor 16 angrenzenden Teilen 9A
gegen diesen Sektor konvergieren, während die Bereiche 9ß in der Nähe des Sektors 17 parallel
zueinander verlaufen. Die Krümmung der Bereiche 9A hat einen günstigen Einfluß auf die freie Dehnungsmöglichkeit
des Kolbenmantels unter dem Einfluß von Wärme.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Hubkolben, insbesondere aus Leichtmetall, für Wärmekraftmaschinen mit hoher thermischer Belastung,
bestehend aus einem die Kolbenringe aufnehmenden Kolbenkopf, ferner aus Lageraugen
für den Kolbenbolzen und aus einem vom Kolbenkopf und dessen die Kolbenringe aufnehmenden Teil
sowie von den Kolbenbolzen-Lageraugen gesondertem Kolbenmantel, welcher in derjenigen Zone
einen Ausgleichsschlitz aufweist, die der Zone maximaler Drücke des Kolbens auf den Zylinder
gegenüberliegt, sowie aus zwei Stützwänden, welche den Kolbenkopf mit den Kolbenbolzen-Lageraugen
und dem Kolbenmantel verbinden und sich auf der einen und der anderen Seile derjenigen Mittelebene
des Kolbens befinden, welche senkrecht zur Achse der Kolbenbolzen-Lageraugen verläuft, dadurch
gekennzeichnet, daß die Stützwände (9, 9a, 9b) auf eine Erzeugende (18) des Kolbenmantels (4)
hin konvergieren, in deren Bereich im Betrieb die maximalen Drücke des Kolbens auf den Zylinder
auftreten und auf der gegenüberliegenden anderen Seite (17) des Kolbens an weit voneinanderliegenden
Erzeugenden (19, 20) in den Kolbenmantel (4) übergehen.
2. Hubkolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Stützwände (9a, 9b) wenigstens über den Teil (9a,) ihrer Länge ein kurvenförmiges
Profil aufweisen.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1966C0041079 DE1525581C3 (de) | 1966-12-28 | 1966-12-28 | Hubkolben für Wärmekraftmaschinen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1966C0041079 DE1525581C3 (de) | 1966-12-28 | 1966-12-28 | Hubkolben für Wärmekraftmaschinen |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1525581A1 DE1525581A1 (de) | 1970-01-08 |
DE1525581B2 DE1525581B2 (de) | 1977-11-24 |
DE1525581C3 true DE1525581C3 (de) | 1978-07-13 |
Family
ID=7024424
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1966C0041079 Expired DE1525581C3 (de) | 1966-12-28 | 1966-12-28 | Hubkolben für Wärmekraftmaschinen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE1525581C3 (de) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3039382A1 (de) * | 1980-10-18 | 1982-04-22 | Mahle Gmbh, 7000 Stuttgart | Leichter tachkolben fuer verbrennungsmotoren |
DE102005043747A1 (de) | 2005-09-14 | 2007-03-22 | GM Global Technology Operations, Inc., Detroit | Kolben für eine Brennkraftmaschine |
-
1966
- 1966-12-28 DE DE1966C0041079 patent/DE1525581C3/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE1525581A1 (de) | 1970-01-08 |
DE1525581B2 (de) | 1977-11-24 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |