DE1751684C - Arbeitskolben einer Kolbenbrennkraftmaschine - Google Patents

Description

Οίο Erfindung bezieht sich auf einen Arbeitskolben einer Kolbcnbrcnnkraftmaschine mit an seinem dem Kolbenboden zugewandten Ende angeordneten Dichtungsringen, die sich in im Kolben ausgebildeten Ringnuten befinden, wobei der Ringbereich des S Kolbens gegenüber dem die Lauffläche enthaltenden Schaftteil verjüngt ist.

Es ist z, B, aus der britischen Patentschrift 967 767 bekannt, Kolben von Kolbenbrennkraftmaschinen im Bereich von Kolbenringnuten konisch, d. h, mit to kleinerem Durchmesser als der Kolbenschaft, welcher die Laufflüche des Kolbens aufweist, auszubilden. Dadurch erhalten die Kolben im Bereich ihres Bodens und der Kolbenringe eine Möglichkeit zur Ausdehnung durch Wärme.

Diese Ausführung hat jedoch den Nachteil, daß im Bereich der Kolbenringnuten der Spalt zwischen dem Kolben und der Zylinderwand größer sein kann als im Bereich der Lauffliiche. Werden dabei normale geschlitzte Kolbenringe verwendet, so entsteht an der Stelle des Schlitzes eine verhältnismäßig große Undichtheit.

Zur Behebung dieses Nachteils sind bereits sogenannte gasdichte Kolbenringe vorgeschlagen worden. Die bekannten Ausführungen dieser Kolbenringe haben jedoch den Nachteil, daß ihre Schlösser, d. h. die Verbindungsstellen ihrer Enden, gegen Brüche empfindlich sind, welche durch Ermüdung unter dem Einfluß der periodischen Gaskrüfte entstehen. Außerdem sind diese Ringe verhältnismäßig 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 Kolbenringen, eine wesentlich kleinere Undichtheit 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 Ringnut, wobei der äußere Durchmesser der Leiste höchstens gleich groß ist wie der größte Durchmesser des Kolbens.

Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß der freie Querschnitt zwischen den Enden eines Ringes und dem Zylinderspalt wesentlich kleiner gemacht werden kann als bisher, ohne daß eine Gefahr des Fressens beim Kolben besteht. Dadurch wird die Undichtheit im Bereich des Schlitzes des Kolbenringes stark vermindert. Durch eine Verminderung der Strömung von heißen Gasen entlang des Kolbens wird auch die Beaufschlagung des Kolbens durch Wärme stark vermindert, so daß dieser bedeutend kühler ist. Diese Vorteile werden mit einfachen Mitteln am Kolben ohne die Verwendung verhältnismäßig teurer und störungsanfälliger gasdichter Kolbenringe erreicht.

In diesem Zusammenhang ist aus der USA.-Patentschrift 1 764 871 ein Kolben bekannt, welcher am Durchmesser zurückgesetzte Bereiche aufweist, an denen Stege vorgesehen sind, welche eine kontinuierliche Auflage des Kolbenringes am ganzen Umfang gewährleisten. Diese Stege haben jedoch' einen kleineren Durchmesser als die Übrigen Stege zwischen den Kolbenringen, so daß bei diesem Kolben die crllndungsgemüße Wirkung nicht eintreten kann.

Es ist dabei möglich, am Übergang der Leiste und der Uußoren Flüche des Kolbens eine abgerundete Hohlkehle auszubilden. Dadurch wird die Leiste in der Richtung der auf sie einwirkenden Guskrüfte abgestützt und verfestigt. Vorzugsweise ist dabei der Radius der Hohlkehle mindestens gleich groß wie die radiale Höhe der Leiste. Auf diese Weise wird ein Profil der Leiste erhalten, das bei für den erfindungsgemüßen Zweck geeignete Breite eine besonders hohe Festigkeit aufweist,

Wenn in an sich bekannter Weise die betreffende Ringnut des Kolbens mii einer Chromschicht versehen ist, die sich zumindest auf der vom Kolbenboden abgewandten Nutenflanke befindet, so wird vorzugsweise die Ausführung so getrofTen, daß die im Bereich der Leiste befindliche Fortsetzung der Nulenflanke frei von der Chromschicht ist. Auf diese Weise wird eine gegen Abnützung widerstandsfähige Auflagefläche für den Kolbenring im Bereich der Nulenflanke erhalten, wobei gleichzeitig die Gefahr vermieden wird, daß die Chromschicht im Bereich der Leiste scharfe Kanten bildet, welche die Lauffläche des Zylinders beschädigen könnten.

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

Fig. 1 eine Ansicht eines Arbeitskolbens einer Kolbcnbrcnnkraftmaschine, bei welchem die Erfindung Anwendung findet, wobei zur Anschaulichkeit die Kolbenringe aus den Ringnuten entfernt sind,

Fig. 2 einen Ausschnitt aus der Fig. 1 im Schnitt und in größerem Maßstab zusammen mit einem in der Ringnut befindlichen Kolbenring und einem Abschnitt der Wand eines Zylinders, in welchem der Kolben geführt ist,

Fig. 3 den Schnitt IH-III in der Fig. 2,

Fig. 4 einen Detailschnitt zur Fig. 1 in größerem Maßstab mit der Darstellung eines Verfahrensschrittes bei der Herstellung einer Ringnut mit Leiste und verchromter Nutenflanke und

Fig. 5 einen der Fig. 4 entsprechenden Teilschnitt der fertigen Ringnut.

In der F i g. 1 ist ein Kolben 1 in Ansicht gezeigt, der mit einer annähernd zylindrischen Lauffläche 2 versehen ist. Die zylindrische Lauffläche hat einen Durchmesser D 1. Oberhalb der zylindrischen Lauffläche 2 befindet sich ein verjüngter Teil 3, in welchem Ringnuten 4 für Kolbenringe ausgebildet sind und an dessen Ende sich der Kolbenboden befindet. Der verjüngte Teil 3 ist z. B. leicht konisch ausgebildet und hat an der Stelle der obersten Ringnut einen Durchmesser Dl, der um ein geringes Maß kleiner ist als der Durchmesser D1.

im Betrieb gleitet der zylindrische Teil 2 mit seiner Lauffläche auf der Zylinderwand eines Zylinders. Dabei werden der Kolbenboden und der an ihn anschließende Teil 3 von den Brenngasen stark erhitzt, bedeutend stärker als der übrige Teil des Kolbens. Um ein Festklemmen des Kolbens im Zylinder zu verhindern, muß der Durchmesser D1 kleiner sein als der Durchmesser des Zylinders. Der verjüngte Teil 3, welcher einer größeren Wärmeeinwirkung ausgesetzt ist, ist dabei so bemessen, daß auf keinen Fall auch bei äußerster Erwärmung des Kolbens ein Klemmen dadurch vorkommen kann, daß sein

Durchmesser O 2 grüßer wird als der Zylinder- dabei dio Leiste von selbst an die TempenUur-

durehmesser D 3 (In F i g. 2). Das führt dazu, daß In vorhöltnibse des betreffenden Motors an.

der Regel das Kolbenspiel, d h. dia Differenz zwi- Wenn, wie dies bei Kolben von größeren Kolben-

schcn dem Zylinderdurchmesser D 3 und dem Durch- brennkraftmaschinen bekannt ist, die belastete Flanke

messer ü I und insbesondere dem Durchmesser D 2, ader Nut, d.h. die vom Kolbenboden entfernte

möglichst groß gehalten wird. Dadurch wird jedoch Flanke 7, mit einer Chromschicht gegen Abnützung

die Undichtheit an der Stelle der Schlitze der Kolben· versehen ist, so ist vorzugsweise die im Bereich der

ringe vergrößert. Die diesbezüglichen Verhältnisse Leiste 8 befindliche Fortsetzung der Nulenflanke frei

sind am besten aus der F i g. 3 ersichtlich. von der Chromschicht. Die F ι g. 4 und 5 zeigen eine

In der F i g. 3 ist der Kolben I im Schnitt dar- iq Möglichkeit einer entsprechenden Ausführung der

gestellt, wobei in seiner Nut 4 ein bekannter ge- Nut. , ,, .

schutztür Kolbenring 5 eingelegt ist. Der Schlitz des Wenn eine Nutenllanke eines Kolbens verchromt

Kolbenringes hat eine Breite 5. Die Mantelfläche 10 werden soll, welcher die erfindungsgemüUen Leisten

des Kolbens 1 hat an der Stelle des Schlitzes von der aufweist, so wird vorzugsweise die Nutenllanke 7 mit

Zylinderwand 6 des Zylinders einen Abstand Λ. Wie 15 der Form nach der Fi g. 4 ausgebildet. Die leile der

aus der Fig. 3 ersichtlich ist, ist beim bekannten Flanke, welche nicht verchromt werden sollen, wer-

Kolben der Querschnitt AXS für den Durchgang den mit einer Schutzschicht 20, z. B. durch einen

der Brenngase aus dem Brennraum frei und bildet Anstrich, abgedeckt. Darauf wird im nicht abge-

cinc Undichtheit. deckten Bereich der Flanke eine Chromschicht 21

Erfindungsgemäß wird, wie dies insbesondere aus ao aufgetragen. Zuletzt wird die Nutentlanke entdcr Fig. 2 ersichtlich ist, anschließend an die dem sprechend der Fig. 5 abgeschliffen, wobei ein Ieil Kolbenboden des Kolbens 1 abgcwandle 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 as
des Kolbens gemessene Breite B, die kleiner ist als
das (),2fache der Breite N der Ringnut 4. Im vorliegenden Falle beträgt die Breite B ungefähr das
0,1 fache der Breite JV der Nut 4. — „ —-= . . . .

Wie ebenfalls aus der Fig. 2 ersichtlich ist, hat 30 dem Material des Kolbens besteht, kann sie unter

die Leiste 8 eine über die Mantelfläche des Kolbens I Umständen auch aus anderen Materialien hergestellt vorstehende radiale Höhe //, so daß sich der und auf geeignete Weise am Ko.bcn befestigt sein.

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 erlindungsgemäße Leiste entweder an einem oder auch an mehreren bzw. allen Ringnuten vorgesehen sein kann. Obwohl beim in der Zeichnung dargestellten Beispiel die Leiste aus

Zwischenraum zwischen dem Kolben an dieser Stelle und der Zylinderwand gegenüber dem ursprünglichen Wert A auf einen wesentlich kleineren Wert C vermindert. Es versteht sich dabei, daß die Höhe// 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 AXS und C X 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 Zylinderwand stößt, wird sie daher nur abgetragen, ohne daß es zum Fressen und Festklemmen des Kolbens kommt. Durch die Abnützung paßt sich

Claims (4)

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 (.V) der betreffenden Ringnut, wobei der äußere Durchmesser (D 4) der Leiste (8) höchstens gleich groß ist wie der größte Durchmesser (D 1) des Kolbens (1).

2. Kolben nach Anspruch 1, dadinch 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 ff I) mindestens gleich groß ist wie die radiale Höhe (H) der Leiste.

4. Kolben nach Anspruch 1 mit einer auf der vom Kolbenboden abgewandten Nutenllanke (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