DE2921033A1

DE2921033A1 - Kolben

Info

Publication number: DE2921033A1
Application number: DE19792921033
Authority: DE
Inventors: Maurice-Jean Promeyrat
Original assignee: Promeyrat Casteilla Tech
Current assignee: Promeyrat Casteilla Tech
Priority date: 1978-06-01
Filing date: 1979-05-23
Publication date: 1979-12-06
Also published as: BE876641A; FR2427479B1; GB2022213B; US4313368A; JPS54156916A; GB2022213A; FR2427479A1; CH639174A5

Description

Patentanwälte Dipl.-InQ. JOaChflTI StraSSG München Z^*"^*

3£Γ Dr. Hans-Herbert Stoffregen Hanau SÄSSf"

München, den 22. Mai 1979

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Societe Civile PROMEYRAT-CASTEILLA
Teechnique Nouvelle du Moteur
10, Rue Leon Hutin
F - 93220 GAGNY, Frankreich

KOLBEN

Die vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen für Kolben, insbesondere für Wechselkolben in Brennkraftmaschinen oder vergleichbarer Kraft- oder Arbeitsmaschinen.

Bekannte Kolben haben zumindest eine Mantelfläche oder ei-.nen äußeren Umfang als ersten oder oberen Gürtel oder
Ringfläche, die glatt oder mehr oder weniger tief radial zurückversetzt ist, um einen Ölrückstau zu ermöglichen, der das Gleiten erleichtert. Diese Kolben haben ferner ein erstes Segment, einen Kolbenring, der in einer ringförmigen Nut des oberen Kolbengürtels liegt.

Diese bekannten Kolben haben verschiedene Nachteile, die letztlich zu einer verminderten Lebensdauer und einer minderen Motorleistung führen. Dies ist zumeist eine Folge davon, daß sich diese Kolben wegen eines zu großen Spiels im Betrieb nicht in ihrer richtigen Lage befinden. Das Spiel liegt hierbei zwischen dem Gürtel und der Zylinderbohrung. Ein zu großes Spiel hat zur Folge, daß im Betrieb unkontrollierte Schwingungen auftreten. Die Reibung des Kolbens hängt von einem sehr wichtigen Teil, dem oberen Segment oder dem oberen Kolbenring ab, welcher an seiner Innenseite einem sehr hohen Druck ausgesetzt ist, der durch Schmier- und/oder Brennstoffe verursacht wird, die sich in einer Kammer befinden, welche zwischen der Innenseite des Ringes

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und dem Boden der aufnehmenden Nut liegen. In demselben Maß wie sich die Betriebsdauer eines Motors erhöht, bilden sich auf der Innenseite des Kolbenringes und auf dem Boden der aufnehmenden Nut Schadstoffablagerungen. Diese teilweise steinartigen Ablagerungen können insbesondere im Verlauf stärkerer Kolbenausdehnungen Verklemmungen zwischen zumindest diesen Wänden bewirken, was zu Betriebsverschlechterungen im Bereich der Kolbenringe führt und folglich einen Leistungsabfall des Motors und eine Herabsetzung der Lebensdauer des betreffenden Kolbens nach sich zieht.

Die Erfindung steht unter der Aufgabe, diese Nachteile dadurch zu beseitigen , daß ein nach einem besonders einfachen Konzept entwickelter Kolben verfügbar gemacht wird, der eine lange Lebensdauer hat und eine bessere Leistung des Motors gewährleistet.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Kolben gelöst, der sich dadurch auszeichnet, daß zumindest eine Dekompressonskammer vorhanden ist, die sich zwischen dem Boden einer ringförmigen Nut und der Innen -mantelflache desjenigen Kolbenringes befindet, der innerhalb dieser Nut liegt. In die Dekompressionskammer wird ein bewegliches Stück eingesetzt, das sich vorteilhafterweise mit der Kolbenbewegung mitbewegt und dadurch der Bildung von Schadstoffablagerungen entgegenwirkt. Dieses Stück kann ein geschlitzter Ring mit kleinem Quewrschnitt sein, dessen Wirkung darin besteht, das Volumen der Kammer konstant zu halten.

In Kombination mit diesem Merkmal wird zumindest am oberen äußeren Mantelring des Kolbens in axialer Richtung eine abwechselnde Folge von vorspringenden und zurückversetzten Abschnitten vorgesehen. Die vorspringenden Abschnitte haben vor dem Einschleifen im kalten Zustand eir. diametrales Spiel, das merklich gegenüber herkömmlichen Kolben verringert wird. Gemäß der Erfindung sollte das Maß des Spiels

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auf die Hälfte des üblichen zurückgenommen werden.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den vorangestellten Ansprüchen. Die Vorteile der Erfindung liegen im wesentlichen auf der Konzentrierung von schmierender Motorflüssigkeit in dem Bereich des geringsten Spiels auf der Höhe der Kolbenringe. Die Ablagerungen von Schadstoffen werden insbesondere hinter den Kolbenringen vermieden oder zumindest vermindert. Die Kolbenringe behalten ihre Beweglichkeit und werden nicht verkeilt. In der Summe wirken sich diese Vorteile durch eine deutlich verlängerte Lebensdauer der Kolben und durch eine verbesserte Leistung der mit den Kolben bestückten Machinen aus.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines zeichnerisch dargestellten Ausfuhrungsbeispiels.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsteilschnitt eines erfindungsgemäßen Kolbens, der in einem Zylinder eine Hin- und hergehende Bewegung ausführt ,

Fig. 2 einen Querteilschnitt, in kleinem Maßstab, entlang der Linie II - II in Fig. 1 und

Fig. 3 einen Radialteilschnitt in größerem Maßstab entlang der Linie III - III in Fig. 2.

In den Figuren 1 bis 3 wird jeweils in Teilen ein neuer Kolben 1, nach einer langen Einschleifzeit und auf eine mittlere Betriebstemperatur gebracht, dargestellt. Dieser Kolben 1 ·» befindet sich in der eingezeichneten Lage in seiner Bewegung nach oben, d.h. vor einer Explosion in

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einer oberen Verbrennungskammer, mit anderen Worten in einer Kompressionsphase für das Treibstoffgemisch. Von diesem Kolben 1 ist ein Teil seines Oberstücks als oberer Gürtel 3 dargestellt. Die Hin- und Herbewegung findet im Innern eines Zylinders 2, von dem nur ein Bruchstück dargestellt ist, statt. Unter dem ersten oberen Gürtel 3 ist teilweise ein erster Kolbenring 4 des Kolbens 1 veranschaulicht, welcher.sich in einer ringförmigen Nut 5 befindet.

Der Kolben hat auf seiner Mantelaußenfläche abwechselnd radiale Vorsprünge 6 und Vertiefungen 7. Die Vorsprünge 6 können trapezförmigen Querschnitt haben, die durch Nuten mit dreiecksförmigem Querschnitt, welche die Vertiefung 7 bilden, getrennt sind. In diesen Nuten sammeln sich Ruß- und andere Ablagerungen (, die in der Zeichnung durch Punkte angedeutet sind). Die Vorsprünge 6 und Vertiefungen 7 können entweder ein regelrechtes Außengewinde oder Kreisabschnitte bilden. In jedem Fall befinden sich die Vorsprünge und Vertiefungen in dem bestimmten Ringabschnitt 3 des Kolbens 1.

Da auf herkömmlichen Kolben diese Ringabschnitte 3 solche Abmessungen haben, daß sie nie mit der Wand des Zylinders 2 in Berührung kommen, wird demgegenüber nach der Erfindung 1 der Kolben so ausgewählt, daß die äußere Seite dieses ersten Ringabschnittes 3 vor dem Einschleifen einen kalten Anfangsdurchmesser hat, bei dem das diametrale Spiel zwischen Kolben 1 und Zylinder 2 an dieser Stelle des Ringabschnittes 3 in feststellbarer Weise gleich der Hälfte desjenigen Spiels ist, das normalerweise in entsprechenden Fällen bei einem herkömmlichen Kolben vorgesehen ist.

Die äußere Seite des Ringabschnittes 3, der in Fig. 1 dargestellt ist, ist derjenige, der selbst auf diese Weise bearbeitet worden ist, insbesondere wurden hierbei die Zahnspitzen zurückgedrängt, welche die vorpsringenden Teile 6 bilden. Ferner wird hauptsächlich um diesen ersten Gürtel 3

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Schmier- und Brennstoff unter Druck gegen die Innenwand des Zylinders herumgeleitet und nach mehrfacher Ausdehnung, sowie während der Einschleifphase, was zur Folge hat, daß das Spiel zwischen den Spitzen der vorspringenden Zähne 6 und der Innenwand des Zylinders 2 bei mittlerer Betriebstemperatur ungefähr nur ein Drittel des normalen Spiels zwischen Zylinder und einer oberen Kolbenwand herkömmlicher Kolben ausmacht. Verwendet man beispielsweise einen Wechselkolben mit 75 mm Durchmesser in einem Viertaktmotor, dann hat ein erstes selbstangepaßtes Ringteil 3 eines erfindungsgemäßen Kolbens eine η Durchmesser, der im Durchschnitt um 0,2 mm größer als der eines herkömmlichen Kolbens. Das diametrale Spiel dieses selbstangepaßten Ringteils beträgtam kalten Ende 0,3 mm und 0 mm in den maximalen Abschnitten der Ausdehnung des Ringteiles.

Der neue Kolben hat oberhalb seines ersten Kolbenringes 4 zwischen der äusseren Seite und der Innenwand des Zylinders einen Durchlaß, dessen geringe maximale Ausdehnung im Verlauf des Einschleifens mehr oder weniger schnell erreicht wird. Die Funktion dieses Kanals steht im Zusammenhang mit der Nachgiebigkeit der vorspringenden Teile 6 und ferner ist die Schnelligkeit, mit der eingeschliffen wird, von Bedeutung.

In Kombination zu den vorstehenden Merkmalen hat der neue Kolben 1 eine Dekompressinskammer 8 zwischen dem Boden der ringförmigen Nut 5 und der Innenseite 4a vom Kolbenring 4. In dieser Dekompressionskammer liegt ein bewegliches Stück 9, das vorteilhafterweise aus einem geschlitztem Ring mit kleinem Kreisquerschnitt besteht. Der Durchmesser liegt zwischen 0,3 und 0,5 mm.

Der bewegliche Ring 9 hat die Aufgabe, das Volumen der Dekompressionskammer 8 konstant zu halten, indem er der Ablagerung von Schadstoffen, z.B. Ruß, entgegenwirkt. Hierfür verschiebt sich dieser Ring 9 im Verlauf der Hin- und Herbewegung des Kolbens abwechselnd zwischen der oberen und

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unteren Seite am Boden der Nut 5 und zugleich findet eine leichte Verschiebung in radialer Richtung'statt.

Das Vorhandensein des beweglichen Ringes 9 in der Dekompressionskammer 8 verhindert die Bildung von Ablagerungen am hinteren Ende des Kolbenringes 4. Tatsächlich neigen in einem herkömmlichen Kolben diese Schadstoffe und ihre Ablagerungen in der Dekompressionskammer dazu, teilweise oder vorübergehend eine ausgewogene Bewegung des Kolbens 1 zu beeinträchtigen. Im Falle eines gemäß der Erfindung neuen Kolbens und auf Grund der Tatsache, daß sich die äußere Seite des oberen Ringteils 3 selbstangepaßt an der innenwand des Zylinders 2 befindet, ist die unkontrollierte Gleichgewichtsbewegung faßt null. Wenn der bewegliche Ring 9 nicht vorhanden ist, wird eine langsame, aber stetige Bildung einer beträchtlichen Ablagerung in der Kammer 8 festgestellt. Diese Ablagerungen führen ihrerseits zu einer Verkeilung des Kolbenringes 4 und zwar im Falle einer starken Kolbenausdehnung zwischen seinen Stützseiten im oberen Bereich. Mit dem beweglichen Ring läßt sich also diese Gefahr vermeiden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Ringes 9, kann dieser an einer seiner Randzonen aus einem äusseren Arm oder Abbiegung 9a bestehen, die nach innen abgebogen wird. Diese Abbiegung 9a wird in einem radialen Einschnitt 10 im Kolben gehaltert. Auf diese Weise wir eine ungewollte Beweung in Umfangsrichtung verhindert.

Zusätztlich kann der neue Kolben 1 auf der Aussenseite des ersten Ringabschnittes 3 oberhalb des Kolbenringes 4 eine weitere Dekompressionskammer 11 haben, in welche ein Stück 12 eingelegt ist, das dort infolge der Kolbenbewegung auf- und abgleitet. Die Höhlung, die die Dekompressionskammer 11 bildet, besteht aus einem tranversalen ringförmigen Ausnehmung, in der ein geschlitzter Ring 12 sitzt, der mit einem oberen Kolbenring oder einem Abstreifring mit Feder vergleichbar ist.

Die obere Dekompressionskammer 11, die in Fließrichtung der

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Schmier- und/oder Brennstoffflüssigkeit zum ersten Kolbenring 4 liegt, trägt dazu bei die negative Einwirkung von den genannten Flüssigkeiten in der Ebene des Kolbenringes 4 zusätzlich zu begrenzen. Was dorthin gelangt, kann durch den Ring 12 daran gehindert werden, in der Ausnehmung 11 Rückstände zu bilden. Vorteilhaft ist ferner, daß der freie und mit der hier beschriebenen Technik frei gehaltene Raum 11 ein Regulativ gegenüber den häufig wechselnden Lastspielen eines Motors ist. Das Funktionieren ist auch bei niedrigen Temperaturen gewährleistet.

Die selbstanpassungsfähige Aussenseite des Gürtelabschnittes liefert, wenn sie erst einmal in einen Motor angepaßt ist, sehr schnell exakte Daten und Maße, die sich leicht mit Hilfe moderner Kopier-Drehmaschinen auf andere
Kolben, beisielsweise desselben Motors übertragen lassen.

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Claims

- . München, den 22. Mai 1979

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Societe Civile PROMEYRAT-CASTEILLA

Technique Nouvelle du Moteur

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KOLBEN
ANSPRÜCHE :

(l·)/ Kolben für eine Brennkraftmaschinen, Kompressoren oder andere Kraft- oder Arbeitsmaschinen,

dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Dekompressionskammer (8) zwischen einem Boden einer ringförmigen Nut (5) und einer Innenmantelfläche eines Kolbenringes (4) angeordnet ist, in welcher sich ein bewegliches Stück (9) befindet, daß zumindest der obere Kolbenteil-(3) an seiner Mantelaussenflache in axialer Richtung abwechselnd VorsprUnge (6) und Vertiefungen (7) mit einem anfänglichen radialen Aussendurchmesser der Vorsprünge (6) aufweist, die vor dem Einschleifen ein diametrales Spiel zwischen dem Durchmesser des Kolbens (1) an dieser Stelle und der Innenwand des Zylinders (2) im kalten Zustand haben, welches etwa der Hälfte des üblichen Spiels beträgt, so daß sich im Verlauf des Einschleifens die Vorsprünge (6) gegen die Innenwand des Zylinders (2) gepreßt werden, während die Vertiefungen (7) einer Kompensation der Ausdehnung bei Betriebswärme und einem Halten des Schmiermittelfilmes dienen.
2.) Kolben nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Stück (9) aus einem geschlitzten Ring mit kleinem Querschnitt (0.3 bis 0.5 mm) besteht, der in seinen Abmessungen etwa einem Viertel des axialen Spiels in dem Raum zwischen dem Kolbenring (4) und Nutboden (5) entspricht und radial so dimensioniert ist, daß eine freie Bewegung möglich ist, welche Schadstoffablagerungen verhin-

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3.) Kolben nach Anspruch 1 oder 1 und 2,

dadurch gekennzeichnet, daß der geschlitzte Ring (9) eine Deformierung an irgendeiner Stelle des äußeren Umfangs aufweist, normalerweise an einer der Randzonen in Form einer Abbiegung (9a), die sich radial nach Innen in eine Ausnehmung (10) erstreckt, die sich im Kolben (1) zum Verhindern von Verschiebungen in Umfangsrichtung des Ringes (9) befindet.
4.) Kolben nach Anspruch 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine weitere Dekompressionskammer (11) im oberen Ringteil (3) des Kolbens (1) vorhanden ist, in der sich ein bewegliches Stück (12) befindet.
5.) Verfahren zum Herstellen eines Kolbens gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, daß ein selbstangepaßter Gürtel (3) durch Bearbeiten auf einer Kopiermaschine von einem anderen Kolben mit selbstangepaßtem Gürtel, der nach wirksamer Einschleifung entsteht, erreicht wird.

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