DE2307347A1 - Mehrteiliger tauchkolben fuer viertaktbrennkraftmaschinen, insbesondere grossdieselmotoren - Google Patents

Mehrteiliger tauchkolben fuer viertaktbrennkraftmaschinen, insbesondere grossdieselmotoren

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DE2307347A1 DE19732307347 DE2307347A DE2307347A1 DE 2307347 A1 DE2307347 A1 DE 2307347A1 DE 19732307347 DE19732307347 DE 19732307347 DE 2307347 A DE2307347 A DE 2307347A DE 2307347 A1 DE2307347 A1 DE 2307347A1
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Description

Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg Aktiengesellschaft 89 Augsburg, Stadtbachstraße 1
P. B. 2717/1140 Augsburg, den 14. Februar 1973
Mehrteiliger Tauchkolben für Viertakt-Brennkraftmaschinen, insbesondere Großdieselmotoren
Die Erfindung betrifft einen mehrteiligen Tauchkolben für Viertakt— Brennkraftmaschinen, insbesondere Großdieselmotoren, mit einem einen Kolbenboden umfassenden Kolbenoberteil und einem Kolbengrundkörper, die gegeneinander abgestützt und. mittels Schrauben lösbar miteinander verbunden sind·
Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kolben dieser Gattung zu schaffen, der durch thermische und mechanische Einwirkungen hervorgerufene Belastungen zur Erzielung einer langen Standzeit optimal aufnimmt und weiterleitet.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß am Kolbenoberteil in mindestens zwei unterschiedlichen radialen Abständen von der Kolbenlängsachse angeordnete, ringförmig umlaufende Ansätze vorgesehen sind, über die sich der Kolbenoberteil am Kolbengrundkörper abstützt und die Gewinde für die Schrauben aufnehmen.
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Bei Anwendung der Erfindung kann nicht nur ein verhältnismäßig dünner und wanddickengleicher Kolbenboden vorgesehen werden, der zu einer günstigen gleichmäßigen Spannungsverteilung führt, sondern es sind auch im Bereich der Ansätze keine größeren, die Spannungsverteilung beeinträchtigenden Materialanhäufungen erforderlich. Infolgedessen treten im Betrieb nur sehr geringe Bewegungen des Kolbenoberteils gegenüber dem Kolbengrundkörper auf. Auch sind Verkantungen der Ansätze weitgehend vermieden. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß ein Ablösen des Kolbenoberteils vom Kolbengrundkörper beim Saughub sicher vermieden ist. Der erfindungsgemäße Kolben weist darüber hinaus ein geringes Gewicht auf, ist aber trotzdem zur Aufnahme großer Zündkräfte geeignet.
Vorzugsweise entspricht die Höhe der Ansätze in Richtung der Kolbenlängsachse etwa der erforderlichen Tiefe der Gewinde für die Schrauben. Selbst bei einer nicht vollständig zu vermeidenden Verformung des Kolbenbodens durch thermische Spannungen können sich die Auflageflächen derartiger Ansätze gegenüber den Auflageflächen am Kolbengrundkörper kaum schräg stellen.
Vorteilhaft besteht der Kolbengrundkörper aus einem Kolbenmittelteil und einem ein Kolbenbolzenlager aufnehmenden Kolbenunterteil. Dabei sind die beiden Teile mittels weiterer, auf einem außerhalb des Kolbenbolzenlagers verlaufenden Radius angeordneter Schrauben lösbar miteinander verbunden. Eine derartige Ausgestaltung bietet den Vorteil einer einfachen Montage, da zunächst der Kolbenoberteil mit dem Kolbenmittelteil verschraubt werden kann, ohne daß hierbei das Anziehen der Schrauben durch das Kolbenbolzenlager behindert wird.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Kolbenmittelteil einen dem Kolbenunterteil zugewandten ring- oder scheibenförmigen Boden und vom Boden ausgehend stegartige Stützen zur Anlage der Ansätze des Kolbenoberteils auf. Hierdurch kann ohne Beeinträchtigung der Festigkeit, insbesondere der Möglichkeit, hohe Zünddrücke aufzunehmen, eine sehr leichte Bauweise erreicht werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung sind die stegartigen Stützen jeweils entsprechend der Mantelfläche eines Kegels gekrümmt, dessen Spitze auf der Kolbenlängsachse liegt. Insbesondere liegt vorteilhaft die stegartige Stütze, die dem auf- dem größten radialen Abstand von der Ko lbenlängs achse angeordneten Ansatz zugeordnet ist, auf einem Kegelmantel, dessen Spitze zur Kolbenunterseite weist und der das Kolbenbolzenlager durchsetzt. Zweckmäßig ist eine weitere stegartige Stütze entsprechend einem Kegelmantel gekrümmt, dessen Spitze oberhalb des Kolbenbodens liegt. Bei Anwendung dieser Maßnahmen ergibt sich eine gute Weiterleitung der Kräfte im Kolben trotz eines geringen Gewichtes der die Kräfte aufnehmenden Teile.
Dem gleichen Ziel dient die Maßnahme, daß der Kolbenunterteil ein das Kolbenbolzenlager umgebendes Kernstück mit einem daran anschließenden, sich in Richtung zu dem die Stützen tragenden Ringabschnitt des Bodens des Kolbenmittelteils verjüngenden ringförmigen Tragstück sowie einen unteren Kolbenmantelabschnitt aufweist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung in Verbindung mit den zusätzlichen Unteransprüchen·
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Auf der Zeichnung ist ein Längsschnitt in zwei um 90 gegeneinander versetzten Ebenen durch einen erfindungsgemäßen Tauchkolben dargestellt.
Der gezeigte Tauchkolben umfaßt ein Kolbenoberteil 1, ein Kolben« unterteil 2 und ein Kolbenmittelteil 3. Der Kolbenoberteil 1 ist aus Stahl oder Stahlguß hergestellt und weist einen Kolbenboden 4 und einen daran anschließenden oberen Kolbenmantelteil 5 auf. Im Kolben« mantelteil 5 sind mehrere Nuten 6 zur Aufnahme von Kolbenringen vorgesehen. An der Unterseite des Kolbenbodens 4 sind zwei um die mit A-A bezeichnete Kolbenlängsachse umlaufende Ansätze 7, 8 angeformt, die in einer waagerechten Ebene liegende Anlageflächen 9, 10 aufweisen.
Der Kolbenmittelteil 3, der aus einem Werkstoff mit einem größeren Elastizitätsmodul als Grauguß hergestellt ist, besteht z. B. aus einem scheibenförmigen Boden 11 und von diesem Boden ausgehenden stegartigen Stützen 12, 13. Die stegartigen Stützen 12, 13 laufen ebenso wie die Ansätze 7, 8 ringförmig um die Kolbenlängsachse A-A um. Die Stütze 13 ist darüber hinaus entsprechend der Mantelfläche eines durch strichpunktierte Linien 14 angedeuteten Kegelmantels gekrümmt. Dabei liegt die Spitze des Kegels auf der Kolbenlängsachse A-A. Die Stege 12 sind ebenfalls entsprechend der Mantelfläche eines durch die strichpunktierten Linien 15 dargestellten Kegels gekrümmt. Auch die Spitze dieses Kegels liegt auf der Kolben· längsachse A-A, und zwar oberhalb des Kolbenbodens 4. Insbesondere bei sehr großen Kolbendurchmessern können auch noch eine oder zwei weitere Stützen, die mit entsprechenden Ansätzen am Kolbenoberteil zusammenwirken, vorgesehen sein.
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Zur Verbindung des Kolbenoberteiles 1 mit dem Kolbenmittelteil 3 sind als Dehnschrauben ausgebildete Schrauben 16, 17 vorgesehen. Dabei erstrecken sich die Schrauben 16, 17 durch Aussparungen in den Stützen 12, 13 und greifen jeweils in Gewinde 18, 19 in den Ansätzen 7, 8 ein. Zweckmäßig ist die Anordnung so getroffen, daß die Höhe der kürzesten Ansätze 8 in Richtung der Ko lbenlängs achse A-A etwa der erforderlichen Tiefe der Gewinde 19 entspricht. Die Gewinde 18 sind in regelmäßigen Abständen in dem Ansatz 7 und die Gewinde 19 ebenfalls in regelmäßigen Abständen in dem Ansatz vorgesehen. Die Köpfe der Schrauben 16, 17 stützen sich, um eine möglichst lange Dehnlänge zu erzielen, an Abstandsbuchsen 20, 21 ab, die ihrerseits an Stoßflächen 22, 23 der Ansätze 12, 13 im Bereich der Aussparungen zum Durchtritt der Schrauben 16, 17 anliegen. Weiterhin ist der Durchmesser des Schaftes der Schrauben 16, 17 im Bereich der Anlagefläche 9 kleiner als der Durchmesser der sie aufnehmenden Bohrungen in den Ansätzen 7, 8 und den Abstandsbüchsen 20, 21 gewählt, so daß eine geringe radiale Bewegung des Kolbenoberteils 1 gegenüber dem Kolbenmittelteil 3 bei Erwärmung der Teile im Betrieb möglich ist.
Der Kolbenunterteil 2, der aus Aluminium oder Kugelgraphitguß besteht, umfaßt ein Kernstück 24, in dem ein Kolbenbolzenlager 25 angeordnet ist. Am Kernstück 24 ist ein ringförmiges, die Kolbenlängsachse A-A umgebendes Tragstück 26 angeformt, das sich nach oben hin verjüngt und in einer Anlagefläche 27 endet. An der Anlagefläche 27 kommt in zusammengebautem Zustand des Kolbens ein entsprechender Ringabschnitt des Bodens 11 zur Anlage. Im Bereich dieses Ringabschnittes enden die Stützen 12, 13. Die Anlageflächen 9 und 27 verlaufen parallel zueinander und senkrecht zur Kolben«
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längsachse A-A. An das Kernstück 24 ist weiterhin ein unterer Kolbenmantelteil 28 angeformt. Der untere Kolbenmantelteil 28 weist einen ringförmigen Vorsprung 29 auf, der zur Zentrierung des oberen Kolbenmantelteils 5 dient. Wie die Zeichnung erkennen läßt, durchsetzt der durch die Linien 14 angedeutete Kegelmantel das Kolbenbolzenlager 25 und das Tragstück 26, so daß sich eine günstige geradlinige Kraftleitung durch den Kolben ergibt.
Zur Verbindung des Kolbenunterteils 2 mit dem Kolbenmittelteil 3 sind mehrere ebenfalls als Dehnschrauben ausgebildete Schrauben vorgesehen. Die Schrauben 30 durchsetzen dabei Bohrungen 31 im Tragstück 26 und sind in Gewinde 32 im Kolbenmittelteil 3 eingeschraubt. Die Köpfe der Schrauben 30 liegen in Aussparungen 33 im Kernstück 24 und stützen sich wiederum über Abstandsbuchsen gegenüber dem Kolbenunterteil 2 ab.
Zur Kühlung des Kolbens, die beim Ausführungsbeispiel mittels öl erfolgt, ist ein Kühlmittelrohr 35 vorgesehen, das das Kolben« bolzenlager mit dem Raum oberhalb des Bodens 11 des Kolbenmittelteiles verbindet. Weiterhin sind Kühlmittelbohrungen 36 vorgesehen, die die offene Kolbenunterseite mit den im Bereich des Kolbenmantels unterhalb des Kolbenbodens 4 angeordneten Räumen verbinden. Dabei können in den Stützen 12, 13 Bohrungen vorgesehen sein, die mehrere oder alle Räume unterhalb des Kolbenbodens miteinander verbinden.
Der erfindungsgemäße Kolben kann trotz eines sehr dünnen Kolbenbodens 4, der zu einer gleichmäßigen Temperaturverteilung und damit einer gleichmäßigen Spannungsverteilung in diesem Bauteil führt,
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sehr große Zündkräfte aufnehmen, da der Kolbenboden mehrfach abgestützt ist. Die Zündkräfte werden weiterhin auf kürzestem, weitgehend geradlinigem Weg bis zum Kolbenbolzenlager weiter·· geleitet. Da die Kraftweiterleitung weitgehend durch stegartige Elemente erfolgt, kann der Kolben verhältnismäßig leicht gebaut sein. Das Erreichen eines geringen Gewichtes wird weiterhin dadurch unterstützt, daß kleinste radiale Bewegungen, die durch Wärmespannungen hervorgerufen werden, zwischen dem Kolbenoberteil und dem Kolbenmittelteil möglich sind. Hierdurch, sowie auch durch die mehrfache Unterteilung des Kolbens besteht eine weitgehende Freizügigkeit in der Auswahl der anzuwendenden Werk· stoffe, die insbesondere unter dem Gesichtspunkt eines günstigen Gewichtes und einer großen Festigkeit getroffen werden kann. Durch die an vielen Stellen mögliche Festlegung des Kolbenoberteiles gegen axiale Bewegungen gegenüber dem Kolbenmittelteil läßt sich ein Abheben dieser beiden Teile voneinander beim Saug« hub und damit ein erhöhter Verschleiß wirksam unterbinden.
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Claims (1)

  1. 23Ü/347
    (P. B. 2717 / 1140)
    Ans ρ r ü c h e
    Mehrteiliger Tauchkolben für Viertakt-Brennkraftmas chinen, insbesondere Großdieselmotoren, mit einem einen Kolbenboden umfassenden Kolbenoberteil und einem Kolbengrundkörper, die gegeneinander abgestützt und mittels Schrauben lösbar miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß am Kolbenoberteil (l) in mindestens zwei unterschiedlichen radialen Abständen von der Kolbenlängs·· achse (A-A) angeordnete, ringförmig umlaufende Ansätze (7, 8). vorgesehen sind, über die sich der Kolbenoberteil {l) am Kolbengrundkörper abstützt und die Gewinde für die Schrauben (16, 17) aufnehmen.
    Mehrteiliger Tauchkolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Ansätze (7, 8) in Richtung der Kolbenlängsachse (A-A) etwa der erforderlichen Tiefe der Gewinde für die Schrauben (16, 17) entspricht.
    Mehrteiliger Tauchkolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbengrundkörper aus einem Kolbenmittelteil (3) und einem ein Kolbenbolzenlager (25) aufnehmenden Kolbenunterteil (2) besteht und die beiden Teile mittels weiterer, auf einem außerhalb des Kolbenbolzenlagers (25) verlaufenden Radius angeordneter Schrauben/(30) lösbar miteinander verbunden sind.
    4. Mehrteiliger Tauchkolben nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenmittelteil (3) einen dem Kolbenunter·
    V-
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    teil (2} zugewandten ring« oder scheibenförmigen Boden (11} und vom Boden (11} ausgehende stegartige Stützen (12, 13} zur Anlage der Ansätze (7, 8} des Kolbenoberteils (1} auf« weist.
    5. Mehrteiliger Tauchkolben nach Anspruch 4, dadurch gekenn« zeichnet, daß die Stützen (12, 13} im Bereich jeder Schrau« be (16, 17} teilweise ausgespart sind.
    6. Mehrteiliger Tauchkolben nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die stegartigen Stützen (12, 13} jeweils ent« sprechend der Mantelfläche eines Kegels gekrümmt sind, dessen Spitze auf der Kolbenlängsachse (A-A} liegt.
    7. Mehrteiliger Tauchkolben nach Anspruch 6, dadurch gekenn« zeichnet, daß die stegartige Stütze (13}, die dem auf dem größten radialen Abstand von der Kolbenlängsachse (A-A} angeordneten Ansatz (8} zugeordnet ist, auf einem Kegelmantel liegt, dessen Spitze zur Kolbenunterseite weist und der das Kolbenbolzenlager (25} durchsetzt.
    8. Mehrteiliger Tauchkolben nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere stegartige Stütze (12) entsprechend einem Kegelmantel gekrümmt ist, dessen Spitze oberhalb des Kolbenbodens (4} liegt.
    9. Mehrteiliger Tauchkolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenoberteil, {l} einstückig mit einem Nuten (6} für Kolbenringe auf-
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    nehmenden oberen Kolbenmantelteil (5) ausgebildet ist und der Kolbenmantelteil (5) mittels Vor Sprüngen (29) am KoI--bengrundkörper zentrierbar ist.
    10. Mehrteiliger Tauchkolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche» dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenunter·· teil (2) ein das Kolbenbolzenlager (25) umgebendes Kern·» stück (24) und ein daran anschließendes, sich in Richtung zu dem die Stützen (12, 13) tragenden Ringabschnitt des Bo» dens (H) verjüngendes ringförmiges Tragstück (26) sowie einen unteren Kolbenmantelteil (28) aufweist«
    11. Mehrteiliger Tauchkolbennach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenoberteil (1) aus Stahl oder Stahlguß hergestellt ist.
    12. Mehrteiliger Tauchkolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenunter« teil (2) aus Aluminium oder Kugelgraphit guß hergestellt ist.
    13« Mehrteiliger Tauchkolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenmittelteil (3) aus einem Werkstoff mit einem größeren Elastizitäts· modul als Grauguß hergestellt ist.
    14. Mehrteiliger Tauchkolben nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Führung der als Dehnschrauben ausgebildeten Schrauben (16, 17, 30) im Bereich des Schraubenkopfes Abstandsbuchsen (20, 21, 34) vorgesehen sind.
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    15» Mehrteiliger Tauchkolben nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Querschnittsverhältnis des Schaftes jeder Dehnschraube (16, 17) zu der die Schrauben aufnehmenden Bohrung in der Trennebene des Kolbenoberteils (l) und des Kolbenmittelteils (3) so ausgebildet ist, daß eine geringe radiale Bewegung der beiden Teile (l, 3) gegeneinander möglich ist.
    409834/0519
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