DE2646922A1

DE2646922A1 - Tauchkolben

Info

Publication number: DE2646922A1
Application number: DE19762646922
Authority: DE
Inventors: Ulrich Ing Grad Landau; Wilfried Dipl Ing Sander; Erwin Strasser
Original assignee: Karl Schmidt GmbH
Current assignee: Karl Schmidt GmbH
Priority date: 1976-10-18
Filing date: 1976-10-18
Publication date: 1978-04-20
Also published as: GB1584087A

Description

KARL SCHMIDT GMBH _Ffm> _f 15.10.1976

Postfach 20 £, DrQ/OKu

7107 Neckarsulm

Prοv.Nr. 7935 KS

Tauchkolben

Die Erfindung betrifft einen Tauchkolben mit mehreren im Ringfeld angeordneten, die Kolbenringe aufnehmenden, Ringnuten.

Aufgabe der Kolbenringe ist es, den Verbrennungsraum gegen den Kurbelgetrieberaum abzudichten, die Wärmeleitung vom Kolben zur Zylinderwand zu unterstützen und den Ölhaushalt des Motors zu regeln. Das setzt voraus, daß diese mit ihrem Umfang dicht an der Zylinderwand und mit einer Ringflanke an der Kolbennutenflanke anliegen. Die radiale Anlage wird im allgemeinen durch die eigene Federkraft bewirkt, die durch den hinter den Ring tretenden Gasdruck unterstützt wird. Die achsiale Anlage wird durch den Gasdruck und die Beschleunigungskräfte bestimmt und kann zwischen der unteren und der oberen Ringflanke wechseln.

Die Bedingungen, unter denen die Kolbenringe arbeiten sind sehr ungünstig. Verursacht durch Massen- und Gaskräfte vollführen die Ringe achsiale Bewegungen. Im Motorbetrieb nehmen Kolben und Zylinder infolge schwankender Last und dementsprechend wechselndem Wärmeanfall laufend neue Durchmesser an, darüber hinaus haben Zylinderbüchsen, selbst von wassergekühlten Motoren, im Betrieb einen konischen Innenverlauf.

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Beide Arten von Durchmesserveränderungen müssen vom Kolbenring, der sich dabei radial zusammenzieht und wieder aufgeht, ausgeglichen werden. Zusätzlich ergibt sich durch das "Kolbenkippen" beim Gleitbahnwechsel eine Schrägstellung der Kolbenlängsachse gegenüber der Zylinderachse. Die Dichtflächen der Ringe liegen dabei schräg an der Laufwand.

Bei schlechter Anlage oder Abheben der Ringe steigen Gasdurchlass und Ölverbrauch an; örtliche Überhitzungen an Kolbenringen, Kolbenschaft und Laufbuchse sind die Folge des Durchb'lasens von heißen Verbrennungsgasen. Verkokung des Schmieröls, festgehende Ringe und Kolbenfresser sind weitere Folgeerscheinungen.

Darüber hinaus ist die Menge der vom Verbrennungsraum zum Kurbelgetrieberaum durchblasenden Verbrennungsgase vom Einbau- und Laufspiel der Ringstege des Kolbens abhängig; denn ein zu großes Spiel der Ringstege führt zu einem starken Anstieg des Gasdurchlasses. Das Spiel der Ringstege soll andererseits reichlich bemessen sein, da sich in diesen Partien noch unvorhergesehen hohe Temperaturen, verursacht z.B. durch Schaden am Einspritzsystem stark auswirken. Hinzu kommen die schlechtaiSchmierverhältnisse, der Einfluß der vorbeistreichenden heißen Verbrennungsgase wie auch die Ablagerung von Verbrennungsrückständen .

Es ist deshalb das Bestreben, das Spiel der Kolbenringe und das Spiel der Ringstege so aufeinander abzustimmen, daß ein möglichst niedriger Ölverbrauch bei ausreichender Schmierung der gleitenden Teile und gleichzeitig ein möglichst kleiner Gasdurchlass erzielt werden.

Es ist deshalb in der US-PS 3 463 057 vorgesehen, den Durchmesser des Feuersteges kleiner als seiner thermischen Belastung entsprechend notwendig auszuführen. Durch diese Maßnahme

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wird der Spalt zwischen" dem Feuersteg und der Zylinderwand vergrößert, so daß der volle Druck der Verbrennungsgase an der kolbenbodensextigen Flanke des ersten Kolbenringes und hinter dem Kolbenring selbst wirksam wird, wodurch eine größere Druckdifferenz zwischen dem Bereich oberhalb und unterhalb des ersten Kolbenringes entsteht. Die vergrößerte Druckdifferenz hat zur Folge, daß der erste Kolbenring fest an der unteren Flanke der ersten Kolbenringnute anliegt und die Lauffläche des Kolbenringes an die Zylinderwand angepreßt ist.

Durch diesen Effekt unterliegt der zwischen den gleitenden Teilen vorhandene Ölfilm einem stärkeren Druck, der eine kleinere Ölfilmdicke erzeugt und damit einen geringeren Ölverbrauch hervorruft. Der Nachteil dieses Standes der Technik besteht darin, daß durch die Druckerhöhung an der kolbenbodenseitigen Flanke des Kolbenringes dieser einer erhöhten mechanischen Belastung unterliegt. Ferner hat die Verkleinerung des Durchmessers des Feuersteges gegenüber dem Kolbendurchmesser eine Temperaturerhöhung im Bereich des Kolbenkopfes zur Folge.

In der DT-PS 20 26 272 ist ein Kolben beschrieben, bei dem unterhalb der ersten Kolbenringnute eine weitere Nute .angeordnet ist, die als Ölsammelnute dient und nur gegen die Zylinderwand offen ist. Wenn auch nicht ausdrücklich erwähnt, so wird durch diese Ölsammelnute auch eine .Änderung der Druckdifferenz zwischen der ersten und zweiten Kolbenringnute bewirkt. Bei der Kolbenbewegung wird das in der Ölsammelnute befindliche Öl über den Hubbereich hin und her bewegt, d.h. gegenüber bekanntaaKolbenbauarten wird dem ersten Kolbenring mehr Öl angeboten, so daß sich die Dicke des auf der Zylinderwand anhaftenden Ölfilmsvergrößert, was einen erhöhten Ölverbrauch zur Folge hat. Im übrigen wurde bei dem aus dieser

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Druckschrift bekannten Kolben schon mehrfach ein Flattern des zweiten Kolbenrings - hervorgerufen durch die oberhalb des Kolbenrings vorhandene, als Drosselsteile wirkende Ölsammelnute - beobachtet. Ringflattern ist die in ihrer Auswirkung kritischste Erscheinung, da hierbei die Abdichtung gegenüber den Verbrennungsgasen und dem Öl zusammenbricht.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Kolben der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß sich zwischen der ersten und zweiten Kolbenringnute eine Druckdifferenz aufbaut, die in ihrer Wirkung einen optimalen Kompromiß zwischen Gasdurchlaß und Ölverbrauch ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß die Stirnfläche des ersten Ringsteges unterhalb seiner kolbenbodenseitigen Flanke radial zurückgesetzt ist.

Im Rahmen der besonderen Ausbildung des Erfindungsgedankens beträgt die Zurücksetzung der Stirnfläche des ersten Ringsteges, zumindest im Bereich der kolbenschaftsäitigen Ringstegflanke, wenigstens 0,325 % des Kolbennenndurchmessers.

Die Zurücksetzung der Stirnfläche des Ringstegs erfolgt durch eine im Querschnitt etwa rechteckige Ausnehmung, die sich von der kclbenschaftseitigen Ringstegflanke wenigstens über 90 % der Höhe des Ringstegs erstreckt.

Die Ausnehmung kann jedoch auch,an der Kante der kolbenbodenseitigen Ringstegflanke beginnend, konisch gestaltet sein.

Durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Stirnseite des ersten Ringsteges wird das Spaltvolumen zwischen Kolben und gegenüberliegender Zylinderwand vergrößert und damit der Druck der Verbrennungsgase an der kolbenschaftseitigen Flanke

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des ersten Kolbenringes im Gegensatz zum Stand der Technik verringert. Das bedeutet, daß bei niedrigem Druckniveau eine der Abdichtung dienende erhöhte Druckdifferenz erzielt wird. Ferner wird durch die Erfindung eine Erhöhung der Temperatur des Kolbenkopfes vermieden.

Auch wird verhindert, daß Öl hin- und hergeschleppt wird, vielmehr wird dem der Ölverbrauchssteuerung dienende Kolbenring in der zweiten Ringnute, der an seiner Laufflächenunterkante anliegt und in Richtung zum Verbrennungsraum einen Abstand zur Zylinderwand hat, Öl angeboten, damit dieser bei der Bewegung in Richtung zum Brennraum darüber hinweggleiten kann.

Ferner wird der im Bereich des ersten Ringsteges verringerte Druck der Verbrennungsgase auf den zweiten Kolbenring voll wirksam, so daß sich auch für diesen Kolbenring noch eine ausreichende Druckdifferenz zwischen den Flanken ergibt.

Die konische Ausbildung der Stirnseite des ersten Ringsteges hat sich,insbesondere bei Kolben mit zwei Kolbenringen, d.h. einem Verdichtungs- und einem Ölabstreifring, bewährt.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielhaft dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert.

In Fig. 1 ist in einer ausschnittsweisen Darstellung eines Längsschnittes durch den Kolben 1 das Ringfeld mit den drei Kolbenringnuten 2,3 und 4 wiedergegeben, wobei der zwischen den Kolbenringnuten 2 und 3 bestehende Ringsteg 5 auf eine Höhe von 90 % von der kolbenschaftseitigen Ringstegflanke her durch Anbringen einer Ausnehmung 5 radial um 0,325 % des Kolbennenndurchmessers zurückgesetzt ist.

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Fig. 2 zeigt in einer ausschnittsweisen Darstellung eines Längsschnittes durch den Kolben 7 das Ringfeld mit den
Kolbenringnuten 8 und 9· Der zwischen den Kolbenringnuten 8,9 vorhandene Ringsteg 10 ist durch Anbringen einer sich von der Kante der kolbenbodenseitigen Ringstegflanke erstreckenden konischen Ausnehmung 11 radial zurückgesetzt, wobei der Betrag der Zurücksetzung an der kolbenschafseitigen Ringstegflanke 0,325 % des Kolbennenndurchmessers
beträgt.

Patentansprüche

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Leerseite

Claims

PATENTANSPRÜCHE

•1. ,Tauchkolben mit mehreren im Ringfeld, angeordneten, die

^JKolbenringe aufnehmenden, Ringnuten, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnseite des ersten Ringsteges (5_}10) unterhalb seiner kolbenbodenseitigen Flanke radial zurückgesetzt ist,
2. Tauchkolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zurücksetzung (6,11), zumindest im Bereich der kolbenschaftseitigen Ringstegflanke, wenigstens 0,325 %■ des Kolbennenndurchmessers beträgt.
3. Tauchkolben nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Zurücksetzung (6,11) wenigstens über 90 % der Höhe des Ringsteges (5,10) erstreckt.
4. Tauchkolben nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch ge-, kennzeichnet, daß die Zurücksetzung (6,11), an der Kante der kolbenbodenseitigen Ringstegflanke beginnend, konisch ausgebildet ist.

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