DE1751684B1

DE1751684B1 - Arbeitskolben einer kolbenbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE1751684B1
Application number: DE19681751684
Authority: DE
Inventors: Georg Dipl-Ing Aue
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1968-07-08
Filing date: 1968-07-11
Publication date: 1971-12-09
Also published as: GB1208536A; FR2012487A1; NL6810431A; CH493739A

Description

Bereich von Kolbenringnuten konisch, d. h. mit io die radiale Höhe der Leiste. Auf diese Weise wird kleinerem Durchmesser als der Kolbenschaft, welcher ein Profil der Leiste erhalten, das bei für den erdie Lauffläche des Kolbens aufweist, auszubilden.
Dadurch erhalten die Kolben im Bereich ihres

Bodens und der Kolbenringe eine Möglichkeit zur

findungsgemäßen Zweck geeignete Breite eine besonders hohe Festigkeit aufweist.

Wenn in an sich bekannter Weise die betreffende Ausdehnung durch Wärme. 15 Ringnut des Kolbens mit einer Chromschicht ver-

Diese Ausführung hat jedoch den Nachteil, daß sehen ist, die sich zumindest auf der vom Kolbenboden abgewandten Nutenflanke befindet, so wird vorzugsweise die Ausführung so getroffen, daß die

im Bereich der Leiste befindliche Fortsetzung der

im Bereich der Kolbenringnuten der Spalt zwischen dem Kolben und der Zylinderwand größer sein kann als im Bereich der Lauffläche. Werden dabei normale

geschlitzte Kolbenringe verwendet, so entsteht an 20 Nutenflanke frei von der Chromschicht ist. Auf diese der Stelle des Schlitzes eine verhältnismäßig große Weise wird eine gegen Abnützung widerstandsfähige

Undichtheit. Auflagefläche für den Kolbenring im Bereich der

Zur Behebung dieses Nachteils sind bereits so- Nutenflanke erhalten, wobei gleichzeitig die Gefahr genannte gasdichte Kolbenringe vorgeschlagen wor- vermieden wird, daß die Chromschicht im Bereich den. Die bekannten Ausführungen dieser Kolben- 25 der Leiste scharfe Kanten bildet, welche die Laufringe haben jedoch den Nachteil, daß ihre Schlösser, fläche des Zylinders beschädigen könnten, d. h. die Verbindungsstellen ihrer Enden, gegen
Brüche empfindlich sind, welche durch Ermüdung
unter dem Einfluß der periodischen Gaskräfte entstehen. Außerdem sind diese Ringe verhältnismäßig 30
teuer.

Die Erfindung hat die Schaffung eines Arbeitskolbens der erwähnten Art zum Ziel, welcher auch ohne eine Verwendung von sogenannten gasdichten

Kolbenringen, d. h. mit normalen geschlitzten 35 Schnitt und in größerem Maßstab zusammen mit Kolbenringen, eine wesentlich kleinere Undichtheit einem in der Ringnut befindlichen Kolbenring und im Bereich der Schlitze der Kolbenringe aufweist als
die bekannten Arbeitskolben.

Dieses Ziel wird dadurch erreicht, daß anschließend an der dem Kolbenboden abgewandten Flanke mindestens einer Ringnut eine vorstehende Leiste ausgebildet ist, die sich über den Umfang des Kolbens erstreckt und deren in der Achsenrichtung des Kolbens gemessene Breite höchstens gleich groß

ist wie das 0,2fache der Breite der betreffenden 45 schnitt der fertigen Ringnut. Ringnut, wobei der äußere Durchmesser der Leiste In der F i g. 1 ist ein Kolben 1 in Ansicht gezeigt,

höchstens gleich groß ist wie der größte Durchmesser der mit einer annähernd zylindrischen Lauffläche 2 des Kolbens. versehen ist. Die zylindrische Lauffläche hat einen

Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß der Durchmesser D1. Oberhalb der zylindrischen Lauffreie Querschnitt zwischen den Enden eines Ringes 50 fläche 2 befindet sich ein verjüngter Teil 3, in und dem Zylinderspalt wesentlich kleiner gemacht welchem Ringnuten 4 für Kolbenringe ausgebildet werden kann als bisher, ohne daß eine Gefahr des sind und an dessen Ende sich der Kolbenboden beFressens beim Kolben besteht. Dadurch wird die findet. Der verjüngte Teil 3 ist z. B. leicht konisch Undichtheit im Bereich des Schlitzes des Kolben- ausgebildet und hat an der Stelle der obersten Ringringes stark vermindert. Durch eine Verminderung 55 nut einen Durchmesser D 2, der um ein geringes der Strömung von heißen Gasen entlang des Kolbens Maß kleiner ist als der Durchmesser D1. wird auch die Beaufschlagung des Kolbens durch Im Betrieb gleitet der zylindrische Teil 2 mit seiner

Wärme stark vermindert, so daß dieser bedeutend Lauffläche auf der Zylinderwand eines Zylinders, kühler ist. Diese Vorteile werden mit einfachen Dabei werden der Kolbenboden und der an ihn anMitteln am Kolben ohne die Verwendung verhältnis- 60 schließende Teil 3 von den Brenngasen stark erhitzt, mäßig teurer und störungsanfälliger gasdichter bedeutend stärker als der übrige Teil des Kolbens. Kolbenringe erreicht. Um ein Festklemmen des Kolbens im Zylinder zu

In diesem Zusammenhang ist aus der USA.-Patent- verhindern, muß der Durchmesser D1 kleiner sein schrift 1764 871 ein Kolben bekannt, welcher am als der Durchmesser des Zylinders. Der verjüngte Durchmesser zurückgesetzte Bereiche aufweist, an 65 Teil 3, welcher einer größeren Wärmeeinwirkung denen Stege vorgesehen sind, welche eine kontinuier- ausgesetzt ist, ist dabei so bemessen, daß auf keinen liehe Auflage des Kolbenringes am ganzen Umfang Fall auch bei äußerster Erwärmung des Kolbens ein gewährleisten. Diese Stege haben jedoch einen Klemmen dadurch vorkommen kann, daß sein

Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Ansicht eines Arbeitskolbens einer Kolbenbrennkraftmaschine, bei welchem die Erfindung Anwendung findet, wobei zur Anschaulichkeit die Kolbenringe aus den Ringnuten entfernt sind,

F i g. 2 einen Ausschnitt aus der F i g. 1 im

einem Abschnitt der Wand eines Zylinders, in welchem der Kolben geführt ist,

Fig. 3 den Schnitt III-III in der Fig. 2,
F i g. 4 einen Detailschnitt zur F i g. 1 in größerem Maßstab mit der Darstellung eines Verfahrensschrittes bei der Herstellung einer Ringnut mit Leiste und verchromter Nutenflanke und

F i g. 5 einen der F i g. 4 entsprechenden Teil-

Durchmesser D 2 größer wird als der Zylinderdurchmesser D3 (in Fig. 2). Das führt dazu, daß in der'Regel das Kolbenspiel, d.h. die Differenz zwischen dem Zylinderdurchmesser D 3 und dem Durchmesser D 1 und insbesondere dem Durchmesser D 2, möglichst groß gehalten wird. Dadurch wird jedoch die Undichtheit an der Stelle der Schlitze der Kolbenringe vergrößert. Die diesbezüglichen Verhältnisse sind am besten aus der F ι g. 3 ersichtlich.

In der Fig. 3 ist der Kolben 1 im Schnitt dargestellt, wobei in seiner Nut 4 ein bekannter geschlitzter KolbenFing-5-eingelegt ist,- Der Schlitz-des .._ Kolbenringes hat eine Breite S. Die Mantelfläche 10 des Kolbens 1 hat an der Stelle des Schlitzes von der Zylinderwand 6 des Zylinders einen Abstand^. Wie aus der F i g. 3 ersichtlich ist, ist beim bekannten Kolben der Querschnitt AXS für den Durchgang der Brenngase aus dem Brennraum frei und bildet eine Undichtheit.

Erfindungsgemäß wird, wie dies insbesondere aus der F i g. 2 ersichtlich ist, anschließend an die dem Kolbenboden des Kolbens 1" abgewandte Flanke 7 der Ringnut 4 eine vorstehende Leiste 8 vorgesehen, die sich über den ganzen Umfang des Kolbens erstreckt. Die Leiste 8 hat eine in der Achsenrichtung des Kolbens gemessene Breite B, die kleiner ist als das 0,2fache der Breite N der Ringnut 4. Im vorliegenden Falle beträgt die Breite B ungefähr das 0, If ache der Breite iV der Nut 4.

Wie ebenfalls aus der F i g. 2 ersichtlich ist, hat die Leiste 8 eine über die Mantelfläche des Kolbens 1 vorstehende radiale Höhe H. so daß sich der Zwischenraum zwischen dem Kolben an dieser Stelle und der Zvlinderwand gegenüber dem ursprünglichen Wert A auf einen wesentlich kleineren Wert C vermindert. Es versteht sich dabei, daß die Höhe H so gewählt ist. daß der Durchmesser D 4 höchstens gleich groß ist wie der Durchmesser D 1 des Kolbens. Die Verluste durch Undichtheit vermindern sich angenähert im Verhältnis der Querschnitte A X S und C ^v S. wobei sich auch die Erwärmung des Kolbens wesentlich vermindert.

Wie aus der F i g. 2 ersichtlich ist, ist am Übergang der Leiste 8 und der äußeren Fläche 10 des Kolbens eine abgerundete Hohlkehle 11 ausgebildet. Vorzugsweise ist der Radius R der Hohlkehle mindestens gleich groß wie die radiale Höhe H der Leiste. Durch diese Abrundung wird eine Abstützung der Leiste 8 erzielt, so daß sie trotz geringer Breite B eine erhöhte Widerstandsfähigkeit in der der Einwirkung der Gaskräfte entgegengesetzten Richtung aufweist.

Obwohl die Leiste 8 eine bedeutende Verminderung des für die Undichtheit des Kolbenringes maßgeblichen Kolbenspiels gestattet, so stellt sie keine Gefahr mit Rücksicht auf ein Festklemmen oder Fressen des Kolbens dar. Wegen der geringen Breite B der Leiste ist die bei ihrer Abnützung bei einer Wärmedehnung entwickelte Wärmemenge- zu gering, um die umgebenden Teile des Kolbens aufzuheizen und damit anschwellen zu lassen, was die Ursachen des Klemmens und Fressens von Kolben sind. Im Falle, daß bei einer außerordentlichen Erhitzung des Kolbens die Leiste 8 am Umfang gegen die Zvlinderwand stößt, wird sie daher nur abgetragen, ohne daß es zum Fressen und Festklemmen des Kolbens kommt. Durch die Abnützung paßt sich dabei die Leiste von selbst au die Temperaturverhältnisse des betreffenden Motors an.

Wenn, wie dies bei Kolben von größeren Kolbenbrennkraftmaschinen bekannt ist, die belastete Flanke der Nut, d. h. die vom Kolbenboden entfernte Flanke 7, mit einer Chromschicht gegen Abnützung versehen ist, so ist vorzugsweise die im Bereich der Leiste 8 befindliche Fortsetzung der Nutenflanke frei von der Chromschicht. Die F i g. 4 und 5 zeigen eine Möglichkeit einer entsprechenden Ausführung der Nut

Wenn- eine- Nutenflanke-.eines Kolbens verchromt... werden soll, welcher die erfindungsgemäßen Leisten aufweist, so wird vorzugsweise die Nutenflanke 7 mit der Form nach der Fig. 4 ausgebildet. Die Teile der Flanke, welche nicht verchromt werden sollen, werden mit einer Schutzschicht 20, z. B. durch einen Anstrich, abgedeckt. Darauf wird im nicht abgedeckten Bereich der Flanke eine Chromschicht 21 aufgetragen. Zuletzt wird die Nutenflanke entsprechend der F i g. 5 abgeschliffen, wobei ein Teil der Chromschicht 21 auf der Flanke verbleibt, im Bereich der Leiste 8 jedoch die Chromschicht entfernt ist.

Es versteht sich, daß bei einem Kolben mit mehreren Kolbenringen die erfindungsgemäße Leiste entweder an einem oder auch an mehreren bzw. allen Ringnuten vorgesehen sein kann. Obwohl beim in der Zeichnung dargestellten Beispiel die Leiste aus dem Material des Kolbens besteht, kann sie unter Umständen auch aus anderen Materialien hergestellt und auf geeignete Weise am Kolben befestigt sein.

Claims

Patentansprüche:

1. Arbeitskolben einer Kolbenbrennkraftmaschine mit an seinem dem Kolbenboden zugewandten Ende angeordneten Dichtungsringen, die sich in im Kolben ausgebildeten Ringnuten befinden, wobei der Ringbereich des Kolbens gegenüber dem die Lauffläche enthaltenden Schaftteil verjüngt ist. dadurch gekennzeichnet, daß anschließend an die dem Kolbenboden abgewandte Flanke (7) mindestens einer Ringnut (4) eine vorstehende Leiste (8) ausgebildet ist, die sich über den Umfang des Kolbens (1) erstreckt und deren in der Achsenrichtung des Kolbens gemessene Breite (B) höchstens gleich groß ist wie das 0.2fache der Breite (N) der betreffenden Ringnut, wobei der äußere Durchmesser (D 4) der Leiste (8) höchstens gleich «roß ist wie de;· arößte Durchmesser (D 1) des Kolbens (1).

2. Kolben nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß am Übergang der Leiste (8) und der äußeren Fläche (10) des Kolbens (1) eine abgerundete Hohlkehle (11) ausgebildet ist.

3. Kolben nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß der Radius (R) der Hohlkehle (11) mindestens gleich groß ist wie die radiale Höhe (H) der" Leiste.

4. Kolben nach Anspruch 1 mit einer auf der vom Kolbenboden abgewandten Nutenflanke (7) ausgebildeten Chromschicht (21), dadurch gekennzeichnet, daß die im Bereich der Leiste (8) befindliche Fortsetzung der Nutenflanke (7) frei von der Chromschicht ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen copy