DE1625908B1 - Kolben für brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

ORIGINAL INSPECTED

Flansch und dem Schaft sind zwei O-Ringe7 in entsprechende Nuten im Flansch eingelegt. Die O-Ringe dienen als Dichtung für das Kolbenkühlöl, dessen Zirkulation nachfolgend beschrieben wird.

Die Oberseite des Flansches 6 der Kolbenstange ist mit einer abgedrehten Kante 8 ausgestattet, die zum Zentrieren eines zylinderringförmigen Unterstützungsorgans 9 dient, das zwischen der Oberseite des Flansches 6 und der Unterseite des Kolbenbodens 2 angebracht ist. Der Flansch 6 weist auf seiner Unterseite einen nach unten zeigenden Ansatz 10 auf, und eine Tellerfeder 11 liegt mit der inneren Kante ihrer Oberseite am Ansatz 10 an. Die äußere Kante der Unterseite der Tellerfeder 11 liegt an einer ringförmigen Fläche eines Ringes 12 an, der mit HiKe einer Anzahl Bolzen 13 an der Unterseite des Kolbenschaftes 3 befestigt ist.

Bei geeigneter Wahl der Abmessungen der Komponenten bewirkt die Feder 11 eine Vorspannung in Form einer axialen Druckkraft auf das Unterstützungsorgan 9, durch die die Anlage dieses Organs an den Flansch 6 und die Unterseite des Kolbenbodens 2 gewährleistet ist, und zwar selbst bei den maximal auf den Kolben einwirkenden, in Richtung von der Kolbenstange weg auftretenden Massenkräften. Die Vorspannungskraft, die als eine axiale, auf den Schaft 3 ausgeübte Zugkraft aufgenommen wird, wird so groß gewählt, daß auch nach der Wärmeausdehnung des· Kolbens bei der Arbeitstemperatur eine genügende Sicherheit vorhanden ist, d. h., daß die Anlagekraft des Organs 9 an den Flansch 6 bzw. den Kolbenboden 2 nicht auf Null oder unter Null fällt.

Die einzelnen Teile können so bemessen sein, daß die Feder 11 bei der Montage, wenn die Teile kalt sind, nicht nur am oben genannten Ansatz 10 am Flansch 6 anliegt, sondern auch entlang der äußeren Kante des Flansches und der Feder, so wie es bei 14 auf der Zeichnung dargestellt ist. Wenn sich der Kolben bei der Arbeitstemperatur ausdehnt, tritt an dieser Stelle ein kleines Spiel auf, so daß die Feder 11 am Kolben bzw. an der Kolbenstange anliegt. Frißt jedoch der Kolben im Zylinder, wird er in seiner Bewegung gebremst, so daß sich beim Abwärtshub Kolbenstange 5 und Kolben 1 so weit relativ zueinander bewegen, bis der radial äußere Rand der Feder 11 am Flansch 6 anliegt. Dabei wird die auf ■den Kolben wirkende Kraft unmittelbar von diesem auf den Flansch übertragen.

Da die Kraftübertragung zwischen dem Kolbenboden 2 und der Kolbenstange 5 allein durch das Organ 9 geschieht, ist dessen Anordnung wie gezeigt, d. h. relativ dicht an der Peripherie des Kolbenbodens, vorteilhaft mit Rücksicht auf die Spannungsverteilung im Kolbenboden. Der Zwischenraum zwischen der Außenseite des Organs 9 und der Innenseite des Schaftes 3 wird hierdurch ziemlich schmal, da aber ein separates Unterstützungsorgan benutzt wird, ist es trotzdem möglich, die Innenseite des Schaftes und die Unterseite des Kolbenbodens außerhalb des Organs 9 zu bearbeiten. Ein solches Bearbeiten ist unter anderem zum Erreichen einer gleichmäßigen Wandstärke und eines gleichmäßigen Verlaufs der Wärmespannungen in den betreffenden Teilen und des Flüssigkeitsstroms durch den Zwischenraum zum Kühlen des Kolbens, siehe unten, erwünscht.

Innen in der hohlen Kolbenstange 5 ist ein Rohr 15 angebracht, das sich oben trichterförmig erweitert und an der Innenseite des Unterstützungsorgans 9 anliegt. Unter- bzw. oberhalb der trichterförmigen Erweiterung des Rohres ist das Unterstützungsorgan 9 mit einer Anzahl Bohrungen 16 und Aussparungen 17 versehen, so daß eine Zirkulation von Kolbenkühlöl mit Zuleitung durch die Bohrung der Kolbenstange 5 außerhalb des Rohres 15 und Wegleitung des Kühlöles durch das Rohr 15 aufrechterhalten werden kann, wie es mit Hilfe von Pfeilen angedeutet ist.

Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform begrenzt, sie läßt sich auch auf Tauchkolben anwenden, bei denen ein oder mehrere Federorgane zwischen dem Schaftteil des Kolbens und dem Stuhl, der das Lager für den Kolbenbolzen bildet, und ein dem Unterstützungsorgan 9 entsprechendes Organ zwischen der Oberseite des Stuhls und der Unterseite des Kolbenbodens zur Übertragung des Gasdruckes vom Kolbenboden auf den Stuhl und von dort aus weiter durch den Kolbenbolzen auf die Pleuelstange angebracht werden. Die genannte Erweiterung der Kolbenstange gilt dann auch für den erwähnten Stuhl eines Tauchkolbens. Obwohl das Unterstützungsorgan in der beschriebenen Ausführungsform allein durch die Vorspannung im Federorgan axial festgehalten wird, könnte es gegebenenfalls, z. B. mit Bolzen, an der Kolbenstange oder am Stuhl in einem Tauchkolben befestigt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen COPY

Claims (3)

1 2 Die vorgeschriebene Gestaltung der kraftübertra- Patentansprüche: genden Verbindung zwischen Kolben und Tragele ment hat die unmittelbare Wirkung, daß die Kon-

1. Kolben für Brennkraftmaschinen, der einen struktion statisch bestimmt ist, so daß die jeweils auf-Kolbenboden und einen mit dem Kolbenboden 5 tretenden Spannungen für jede Kombination von meeinstückigen Kolbenschaft umfaßt, und mit einem chanischen und thermischen Belastungen mit voller mit der Kolben- bzw. Pleuelstange kraftübertra- Sicherheit berechnet werden können. Dies bedeutet, gend verbundenen Tragelement, gegen das von daß man, ohne die Sicherheit gegen Bruch zu gefährder dem Kolbenboden abgewandten Seite ein am den, den Kolben mit minimalen Wandstärken kon-Kolbenschaft gehaltertes Stützglied elastisch vor- io struieren kann und dadurch nicht nur eine Mategespannt anliegt, dadurch gekennzeich- rialersparnis, sondern auch eine Herabsetzung der net, daß zur kolbenbodenseitigen Axialabstüt- Wärmespannungen und der Massenkräfte erreichen zung des Kolbens (1) am Tragelement (6) allein kann. Es hat sich in der Praxis gezeigt, daß diese ein am Kolbenboden (2) angreifender, in der Be- Vorteile den anscheinenden Nachteil überwiegen, lastungsrichtung starrer und vom Kolbenschaft 15 daß die Spannungen vielleicht größer werden kön-(3) unabhängiger Ringkörper (9) dient. nen, als bei der oben besprochenen bekannten Kon-

2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekenn- struktion, in der die Kraftübertragung in zwei vonzeichnet, daß der Ringkörper (9) an einer am einander getrennten Bereichen erfolgt, so daß die Tragelement (6) vorgesehenen Ringkante (8) zen- Konstruktion statisch unbestimmt ist. Die Verwentriert ist. 20 dung eines gesonderten bzw. vom Kolben unabhängi-

3. Kolben nach Ansprach 2, dadurch gekenn- gen Ringkörpers hat den weiteren Vorteil, daß eine zeichnet, daß der Ringkörper (9) in seinem obe- spannende Bearbeitung der Innenseite des Kolbenren Teil Aussparungen (16, 17) zum Führen einer schaftes und des außerhalb des Ringkörpers gelege-Kühlflüssigkeit für den Kolben aufweist. nen Teils der Kolbenbodenunterseite leicht möglich

4. Kolben nach Anspruch 3, dadurch gekenn- 25 ist, auch wenn der Ringkörper relativ dicht innerhalb zeichnet, daß die Kolbenstange (5) hohl ist und des Kolbenschaftes angeordnet wird, was für die daß ein trichterförmiger Einsatz (15) in der KoI- Spannungsverteilung am günstigsten ist. Die somit erbenstange zwischen den in verschiedenen Höhen möglichte Kontrolle mit den Wandstärken des KoI-angeordneten Aussparungen (16, 17) an der In- benbodens und des Schafts ist vorteilhaft in Hinblick nenseite des Ringkörpers (9) anliegt. 30 auf den erwünschten gleichmäßigen Verlauf der

5. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Wärmespannungen in den betreffenden Wänden und zeichnet, daß die elastische Verspannung durch der Strömung der Kühlflüssigkeit bei flüssigkeitsgeein Federelement, z.B. Tellerfeder, erzielt wird, kühlten Kolben.

das einerseits am unteren Rand des Tragelemen- In weiterer Ausbildung der Erfindung kann der

tes (6) und andererseits an einem am unteren 35 Ringkörper an einer am Tragelement vorgesehenen Rand des Schaftes (3) befestigten Ring (12) an- Ringkante zentriert sein.

liegt. Der Ringkörper kann oben Aussparungen zum

Führen einer Kühlflüssigkeit für den Kolben aufwei-

sen. Die Kolbenstange kann hohl sein, und ferner

40 kann ein trichterförmiger Einsatz in der Kolbenstange zwischen den in verschiedenen Höhen angeordne-

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kolben für ten Aussparungen an der Innenseite des Ringkörpers Brennkraftmaschinen, der einen Kolbenboden und anliegen. Hierdurch wird der oben erwähnte gleicheinen mit dem Kolbenboden einstückigen Kolben- mäßige Verlauf der Kühlflüssigkeitsströmung in schaft umfaßt, und mit einem mit der "Kolben- bzw. 45 zweckmäßiger Weise durch die Ausbildung des Ring-Pleuelstange kraftübertragend verbundenen Tragele- körpers unterstützt.

ment, gegen das von der dem Kolbenboden abge- Die elastische Verspannung kann durch ein Federwandten Seite ein am Kolbenschaft gehaltertes Stütz- element, ζ. B. Tellerfeder, .erzielt werden, das einerglied elastisch vorgespannt anliegt. seits am unteren Rand des Tragelements und an-

Bei einem bekannten Kolben dieser Gattung liegt 50 dererseits an einem am unteren Rand des Schaftes das Tragelement an seinem oberen Außenrand gegen befestigten Ring anliegt. Bei dieser Ausführungsform eine nach unten zeigende Schulter an der Innenseite sind keine anderen Bolzenverbindungen als zwischen des Kolbenschafts an. Die elastische Vorspannung dem Kolbenschaft und dem Ring erforderlich, und dient in erster Linie dazu, die Anlage und dadurch diese Bolzen sitzen an einer Stelle, an der sowohl die die Kraftübertragung zwischen Kolben und Kolben- 55 mechanischen als auch die thermischen Belastungen bzw. Pleuelstange an dieser Stelle zu sichern. Der klein sind.

Kolbenboden weist im mittleren Bereich seiner unte- Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsren Seite einen axialen Vorsprung auf, gegen dessen beispiels näher erläutert:

Endfläche sich das Tragelement zusätzlich ab- Der gezeigte Kolben 1 besteht aus einem Kolbenstützt. 60 boden 2, der in einem Stück mit einem Schaft 3 her-

Die Erfindung bezweckt, den bekannten Kolben in gestellt ist, welcher in seiner Mantelfläche mit einer f ertigungs- und betriebsmäßiger Hinsicht zu verbes- Anzahl Nuten 4 zur Anbringung nicht gezeigter KoI-sern. benringe versehen ist.

Erfindungsgemäß dient zur kolbenbodenseitigen Die zum Kolben gehörende Kolbenstange 5 ist

Axialabstützung des Kolbens am Tragelement allein 65 hohl und an ihrem oberen Ende mit einem Flansch 6 ein am Kolbenboden angreifender, in der Belastungs- versehen, dessen äußerer Durchmesser um einen unrichtung starrer und vom Kolbenschaft unabhängiger wesentlichen Betrag kleiner ist als der inwendige Ringkörper. Durchmesser des Kolbenschaf tes 3. Zwischen dem